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为探究慢振荡(SO)不同阶段靶向记忆再激活(TMR)对运动记忆巩固的影响,研究人员开展相关研究,发现 SO 上相位 TMR 效果更佳,有助于理解记忆巩固机制。
在睡眠的奇妙世界里,记忆就像一个个小精灵,在大脑的各个角落穿梭,努力让自己变得更加牢固。记忆巩固这个过程,就像是小精灵们在夜晚悄悄 “修炼升级”,把不稳定的记忆痕迹变得更加稳固。以往的研究发现,在睡眠中,尤其是非快速眼动(NREM)睡眠阶段,慢振荡(SO,频率在 0.5 - 2Hz 的高振幅振荡)和纺锤波(12 - 16Hz 的短振荡活动)对记忆巩固起着重要作用。而且,通过靶向记忆再激活(TMR)这种技术,在睡眠时重现与记忆相关的刺激,有可能增强记忆巩固。
然而,目前仍存在许多疑问。在运动记忆领域,实验性重新激活记忆时,与特定 SO 阶段相关的记忆巩固研究少之又少。而且,慢振荡闭环 TMR 对记忆重新激活和保留的神经生理过程的影响,在各个记忆领域都尚未完全明晰。为了揭开这些谜团,来自比利时鲁汶大学(KU Leuven)、法国里昂第一大学(Université Claude Bernard Lyon 1)、美国犹他大学(University of Utah)等多个机构的研究人员展开了深入研究,相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员采用了功能磁共振成像(fMRI)和脑电图(EEG)等关键技术。在实验中,31 名年轻健康的参与者先进行运动序列学习,每个序列都与特定声音关联,学习时用 fMRI 记录大脑活动。随后在睡眠阶段,通过 EEG 监测,当检测到 NREM 睡眠中的 SO 时,在其不同阶段(上相位、下相位或不刺激)播放与运动序列相关的声音(记忆线索)。第二天早上,再次用 fMRI 测试参与者的运动任务表现。
研究结果如下:
- TMR 对运动表现的影响取决于刺激 SO 的阶段:研究人员通过测试发现,刺激条件(上相位、下相位和未激活)会影响运动记忆巩固的行为指标,即夜间休息后运动表现速度的离线变化。结果显示,上相位和未激活序列的离线表现速度变化比下相位激活序列更大,这表明 TMR 对运动记忆痕迹的影响因 SO 的激活阶段而异。
- SO 上相位 TMR 增强 SO 振幅和西格玛振荡:分析睡眠期间收集的 EEG 数据发现,与下相位刺激相比,上相位刺激的 SO 振幅更大,且在上升阶段的西格玛振荡功率更强。而刺激对纺锤波的频率、振幅没有影响,不过刺激期间纺锤波密度会降低。
- 任务相关海马体和纹状体活动的相位特异性调节与 TMR 对运动表现的影响相关:对比刺激前后的大脑成像数据,发现上相位激活序列在纹状体 - 运动区域的活动增加更多,同时海马体活动得以维持。而且,这些大脑活动的变化与夜间 SO 振幅和运动表现的改善有关,而下相位刺激的效果相对较弱。
- 纹状体 - 海马体 - 运动网络连接性的相位特异性调节与 TMR 对运动表现的影响相关:研究还发现,上相位刺激后,海马体 - 运动连接性下降,这与更好的运动表现相关;而下相位刺激则导致纹状体 - 运动连接性增加,与较差的表现相关,但纹状体 - 海马体连接性增加却与更好的表现有关。
综上所述,该研究表明慢振荡闭环 TMR 在运动记忆巩固中具有相位特异性的有益作用,上相位激活的运动记忆比下相位激活的表现更好。这些结果与任务相关网络(包括纹状体、海马体和运动皮层)中活动和连接性的相位特异性调节有关,也与参与可塑性过程的睡眠 EEG 特征的变化相关。这一研究不仅凸显了闭环 TMR 在调节运动表现方面的潜力,还揭示了睡眠振荡、任务相关大脑活动和连接性模式在运动记忆巩固过程中的复杂相互作用,为深入理解运动记忆巩固的神经生理机制提供了重要依据,也为未来相关领域的研究指明了方向。