近日，由密西根大学医学院Kamran Diba领衔的研究团队，在顶级期刊《自然》上发表一篇重磅研究成果[1]。

他们发现，睡眠剥夺会影响促进记忆形成的海马尖波涟漪（SWR），削弱海马尖波涟漪的功率，导致海马神经元的再激活和重放能力被减弱，甚至完全消失；更关键的是，即使及时补觉，再激活也只能部分恢复，不能达到自然睡眠的水平。

在《自然》同期发表的评论文章中，没有参与研究的加州大学旧金山分校神经科学家Loren Frank表示，这项研究结果表明，存在一个“记忆处理的关键窗口”，一旦错过这个窗口，就永远错过了[2]。

▲ 论文首页截图

海马尖波涟漪是一种非常重要的脑电波，它与记忆的形成密切相关。

简单来说，在海马体中，一群神经元同步激发电信号，随后第二群神经元接力被激发，依次类推，电信号像波浪一样在海马体中推开。

那些在白天被一些经历激活的神经元，到了晚上睡觉的时候，就会参与到海马尖波涟漪，一次次被激活，一次次重放日间的经历，推动突触可塑性。这就好像大脑在我们休息的时候，一遍遍地复习白天的经历，直到记住它们。

虽然这个过程依赖于睡眠，但是睡眠不足如何影响这一过程，目前还无人知晓。于是Diba团队基于大鼠睡眠剥夺模型，探索了睡眠不足对海马尖波涟漪的影响。一组大鼠正常睡觉休息（NSD），另一组大鼠先睡眠剥夺（SD）5小时，然后补觉（RS）。整个过程中，用植入大脑的探针记录大鼠海马体的电位变化。

总体上看，与正常睡眠组大鼠相比，睡眠剥夺组大鼠各种脑波的功率都较低。

不过，虽然在自然睡眠的大鼠中，随着时间的推移，尖波涟漪的发生频率是逐渐降低的；但是，睡眠剥夺大鼠尖波涟漪的发生频率一直很高，只有让这些大鼠进入补觉状态，它们的尖波涟漪发生频率才会降低到自然睡觉的水平。

总的来说，睡眠不足没有拉低尖波涟漪的发生频率，但是脑波的功率却变低了。（简单来说，次数略有增加，但是强度大打折扣。）

▲ 尖波涟漪发生频率的变化

此外，Diba团队还注意到，锥体细胞激发率在自然睡眠数小时内显著下降，并在非睡眠剥夺过程中进一步下降，但在整个睡眠剥夺期间，锥体细胞激发率仍保持升高。

而且锥体细胞激发率的分布也存在差异：它们的激发率在活动时间都是偏态分布，在进入自然睡眠状态之后，即进入对数正态分布；然而在睡眠剥夺期间，却仍保持偏态分布（组织性差，更杂乱）。

接下来，Diba团队探索了睡眠不足对海马再激活和重放的影响。

在整个睡眠剥夺期间，他们观察到了两种情况：第一种是完全没有出现再激活；第二种是虽然再激活与非睡眠剥夺大鼠类似，但是衰减非常快。

值得注意的是，对于那些在睡眠剥夺（SD）期间没有再激活的大鼠而言，随后的恢复性睡眠（RS）虽然可以挽救一部分再激活，但是这个水平也远低于自然睡眠（NSD）。

类似地，海马体的重放功能也被削弱或彻底消失，即使补觉，这种损伤也会持续存在。这也意味着，睡眠剥夺对尖波涟漪的影响不可逆，补觉也不能让其恢复正常。

总的来说，Diba团队的这项研究成果初步揭示了睡眠不足对海马尖波涟漪的不利影响：虽然尖波涟漪的活动水平与正常睡眠的相似，甚至更高；但激发强度更弱，组织性也更差。更重要的是，补觉也不能将尖波涟漪恢复到正常睡眠的水平。

基于这项研究成果，UCSF的神经科学家Loren Frank也不忘提醒广大学子，考试前通宵达旦的临阵磨枪可能是一种无效的策略。

这里我再延伸一下，对于现在的中小学生而言，学习一整天之后，巩固当天所学的最好办法应该就是美美地睡一觉了，而不是熬夜刷一遍练习题。

参考文献：

[1].Giri, B., Kinsky, N., Kaya, U. et al. Sleep loss diminishes hippocampal reactivation and replay. Nature. 2024. doi:10.1038/s41586-024-07538-2

[2].https://www.nature.com/articles/d41586-024-01732-y