我們為什么要睡覺？長期以來，科學家就這個問題爭論不休。最近，一項新的實驗為解開謎團提供了新的線索。這項研究由麻省總醫院（MGH）和布朗大學，美國退伍軍人事務部，以及其他幾個機構的的研究人員合作完成，研究成果發表于神經科學期刊 ( Journal of Neuroscience）。這項成果能夠闡明人類學習和形成記憶的過程，并最終有助于為神經系統疾病和損傷的患者研發出新的輔助工具。

論文的主要作者，麻省總醫院神經技術和神經恢復中心的醫學和哲學博士、神經病學家丹尼爾 · 魯賓（Daniel Rubin）解釋道，科學家在很早以前就已經在實驗室動物的身上發現了稱之為 " 回放 " 的現象。這一現象發生在動物的睡眠過程中。

論文題目：

Learned Motor Patterns Are Replayed in Human Motor Cortex during Sleep

DOI：

https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2074-21.2022

" 回放 " 現象在理論上被認為是大腦用來記住新信息的一種策略。如果讓一只受到訓練的老鼠穿過迷宮，當它穿過正確的路線時，監控設備中特定模式的腦細胞或神經元會亮起。

魯賓說道：" 之后在老鼠睡著時，你會發現，那些神經元又會以同樣的順序再次激發。" 在科學家們看來，這種睡眠當中神經活動的 " 回放 " 過程實際上是大腦練習剛學到的信息的一種方式；這個過程把短期記憶轉化成了長期記憶，使記憶得以被鞏固。

然而，這種 " 回放 " 現象僅在實驗室動物身上得到了論證。

" 在神經科學界有一個開放性問題，那就是：上述的模型在多大程度上反映了人類學習的真實情況？它適用于不同種類的學習嗎？" 該研究的共同資深作者，麻省總醫院神經技術和神經恢復中心的聯合主任、醫學和哲學博士、神經病學家悉尼 · 喀什教授（Sydney S. Cash）提出這樣的疑問。

重要的是，喀什說，理解動作技能的學習是否會發生 " 回放 " 現象，將有助于我們為患有神經系統疾病或損傷的人群研發出新的治療方法和工具。

- Charlotte Fu -

為了探究 " 回放 " 是否在人類的運動皮層（控制運動的大腦皮層）內產生，魯賓、喀什以及其他的同事找來了一位四肢癱瘓的 36 歲男性，他由于脊椎損傷而無法移動上下肢。

這位男性在研究中被稱為參與者 T11。他參與了腦機接口儀器的臨床試驗。在試驗中，他可以通過儀器操作屏幕上的電腦鼠標和鍵盤。

這個試驗性儀器由大腦之門（BrainGate）聯合組織開發。該組織涉及多個機構的臨床醫生、神經科學家和工程師的合作，致力于開發新的科技來幫助神經系統疾病、損傷或失去肢體的患者恢復他們的溝通、運動、和獨立的能力。該組織由屬于麻省總醫院、布朗大學和美國退伍軍人事務部的醫學和哲學博士雷 · 霍赫貝格博（Leigh R. Hochberg）指導。

在研究中，T11 被要求去做一項類似于電子游戲 " 西蒙 " 的記憶任務。在 " 西蒙 " 游戲中，玩家觀察彩色的燈光按照一定順序閃爍，然后需要通過回憶來重現這一序列。T11 僅僅通過在大腦里想自己手部的動作，就可以控制電腦屏幕上的光標。

植入 T11 的運動皮層的傳感器能夠測量神經元的激發模式，這些模式反應了他預期的手部運動，使得他能夠在屏幕上移動光標并點擊他想要的位置。這些大腦信號都被記錄下來并無線傳輸給一臺計算機。

那一晚，當 T11 在家里睡覺時，他運動皮層的活動也被記錄下來并無線傳輸給了一臺計算機。

- Linh Dao -

" 我們的發現令人難以置信 "，魯賓說。" 他基本上是在睡夢中又玩了一次游戲。"

魯賓說，有幾次，T11 在睡眠期間神經元的激發模式與他當天玩記憶游戲時大腦中發生的模式完全匹配。

" 這是人類睡眠期間運動皮層回放現象的最直接證據。" 魯賓說。

研究中檢測到的大部分回放發生在慢波睡眠期間，這是一個深度睡眠的階段。有趣的是，當 T11 處于快速眼動睡眠（最常與做夢相關的階段）時，重播的可能性則要小很多。魯賓和喀什將這項工作成果視為是深入了解回放及其在人類學習和記憶中的作用的基礎。

" 我們希望可以利用這些信息來幫助建立更好的腦機接口，并創造出模版來幫助人們更快、更有效地學習，以便在受傷后重新獲得控制。" 喀什指出將研究對象從動物轉為人類的重要性。

" 我們的這種研究極大地受益于我們與參與者的密切互動。" 他補充道，感謝參與大腦之門臨床試驗的 T11 以及其他參與者。

霍赫伯格表示同意。他說，" 我們的參與者非常棒，不僅為創建恢復溝通和移動性的系統提供了有益的反饋，而且還為我們提供了推進人類基本神經學的難得機會——了解人類大腦如何在個體回路和神經元水平上工作，并利用這些信息來構建下一代恢復性神經技術。"