研究背景

在睡眠时，我们的大脑并不是处于“离线休息”的状态，相反，即使是我们睡着，大脑也处于积极活跃的运作之中。在先前的研究中，科学家已在动物身上观察到了睡眠中的离线“记忆重放”，并证实是大脑在进行记忆巩固活动。去年5月发表在“Cell Reports”期刊上的一篇文章首次证实“记忆回放”活动在人脑的睡眠活动中同样会发生，研究人员通过在两名受试者大脑植入皮质内微电极阵列，利用脑机接口的临床试验初步发现了人类大脑中进行的“记忆回放”活动。

数据获取

被试

2名被试参与此次实验，被试身体健康，均无睡眠障碍等相关问题。

实验过程

图1. 实验过程图

实验开始前，被试先进行片刻的小睡活动。

实验开始后，研究人员要求被试进行重复类型的游戏，但只能使用思维进行，不能使用肢体进行操控。这款游戏分提示组和响应组两组，每组由四块彩色环形图形组成。提示组色环会按照不同顺序分别点亮，被试需要用自己的思维依照相同的顺序重复点亮响应组的色环（想象自己操控鼠标并以最快的速度点亮正确的颜色）。

实验结束后，被试再进行片刻的小睡活动。

在实验期间，研究人员通过在被试大脑中植入的一个多极阵列，检测被试大脑中的单个神经元的放电活动。

结果

在实验后的被试小睡期间，研究人员通过插入的电极观察到了被试与实验期间相同的神经元放电。也就是说，在第二次的片刻睡眠中，被试大脑中在神经元水平上重现了游戏，仿佛在他们的思维意识中，游戏还在不断进行。这一发现直接证明了人脑中存在与学习相关的“记忆回放”现象。图2为运动皮层放电频率模式的监测结果。图3为睡眠与清醒阶段电频率模式的监测结果。

图2. 运动皮层放电频率模式的监测结果图

图3. 记忆重放过程全程监测结果

在睡眠中进行重复序列试验后的记忆重放率明显高于前人研究中进行对照序列试验后的记忆重放率。并且根据快速眼动期和清醒期的大脑皮层放电频率可以看出，与原实验相比，重放活动在时间上相对压缩，其时间尺度约为实验中游戏实际持续时间的0.13，这一发现对比先前对啮齿类动物的研究，可以发现人脑中观察到的记忆重放时间尺度比在啮齿类动物大脑中观察到的时间尺度更大。

结论

通过本研究，研究人员首次直接证明，学习后小憩是存在“记忆回放”现象的，并且这一现象是记忆巩固的一种机制，这一法则可能也适用于人类。毫无疑问，这是从新的角度对记忆巩固活动提出了思路和方法，不但为想要研究记忆巩固潜在机制的人员提供了新的主题，同样也为想要不断学习进步的广大民众提出了巩固记忆的新思路。正如本文的共同第一作者Jarosiewicz所说，“在考试和重要面试之前睡个好觉，会带来更加积极良好的表现。因为我们有充分的科学证据表明，睡眠在这些过程中是非常重要的。”

原文：Replay of Learned Neural Firing Sequences during Rest in Human Motor Cortex

作者：Jean-Baptiste Eichenlaub, Beata Jarosiewicz, Jad Saab, Eric Halgren, Leigh R. Hochberg, Sydney S. Cash

期刊：Cell Reports

发表时间：2020.03

DOI：10.1016/j.celrep.2020.107581