[生命經(jīng)緯]當(dāng)人們的生活節(jié)奏加快,在家庭與工作之間很難取得平衡時,很多人不得不減少他們的睡眠時間。
但睡眠減少會損傷空間學(xué)習(xí)的能力--包括記住怎么到達(dá)新目的地。科學(xué)家現(xiàn)在開始了解其發(fā)生過程:空間學(xué)習(xí)任務(wù)增加了新細(xì)胞的生產(chǎn)—在腦子里被稱為海馬的空間記憶區(qū)域。睡眠在那些新腦細(xì)胞的生存中起作用。
加州大學(xué)和斯坦福大學(xué)的研究員發(fā)現(xiàn),與正常的鼠相比,睡覺受限的鼠在迷宮的道路記憶力減弱。與得到足夠的睡眠的鼠不同的是,睡覺有限的鼠的新海馬細(xì)胞生存率降低。
研究員使用了睡覺受限的鼠,而不是完全剝奪睡了睡眠的鼠,來模仿人的工作。題為《睡眠受限制約海馬依賴性學(xué)習(xí)的神經(jīng)發(fā)生》一文發(fā)表于由美國生理社會出版的《Journal of Neurophysiolog》上。
學(xué)習(xí)使大腦更年輕
科學(xué)家已經(jīng)知道—我們大多數(shù)人也可以從經(jīng)驗中感覺到—睡眠缺乏會損傷認(rèn)知功能。睡覺減少會使注意力不集中,操作記憶力,延長反應(yīng)時間。研究者Hairston 認(rèn)為,“睡眠是健康所必須的,但現(xiàn)在看起來,腦子比其他身體部位更需要睡眠。”
此前的研究表明,海馬對于空間學(xué)習(xí)極為重要。“海馬具有獨特的能力,在生命過程中產(chǎn)生新的腦細(xì)胞,這過程‘神經(jīng)發(fā)生(neurogenesis)’”,Hairston指出,“當(dāng)動物學(xué)會需要海馬的任務(wù)時,神經(jīng)發(fā)生的速率加快。這說明,學(xué)習(xí)使大腦更年輕。”
在了解空間學(xué)習(xí)激發(fā)海馬新的腦細(xì)胞的產(chǎn)生后,Hairston和她的團隊想了解,空間學(xué)習(xí)任務(wù)過程中的睡眠限制是否會影響海馬新細(xì)胞的產(chǎn)生。
游泳實驗
研究員鼠訓(xùn)練的第二項任務(wù)中用了一個使用水迷宮—塑料水池圓周大約六英尺,二英尺深。 鼠被放了在水中,必須游到出口。
一組鼠不能看位于水面下的出口,必須迷宮的“精神地圖”—海馬依賴性的—才能到達(dá)出口。另一組鼠則能看到和嗅到出口,因為那里有柑橘氣味。研究員每四次試驗移動一次平臺,使動物只能依靠它們的感覺而不是記憶來發(fā)現(xiàn)出口。Hairston 解釋說,這項任務(wù)不涉及海馬,因為鼠不需要精神地圖來到達(dá)平臺。
疲倦鼠的腦細(xì)胞更少
每次訓(xùn)練的結(jié)尾,通過新的刺激,使每組一半動物保持六個小時清醒,另外一半則返回了籠子和睡覺。六個小時以后,睡覺受限的鼠可以睡眠,直至18小時后的下一次試驗。
與那些依靠視覺和味覺的動物相比,必須依靠神經(jīng)發(fā)生的老鼠的神經(jīng)發(fā)生率顯著增加。那是有道理的,因為依靠記憶才能完成任務(wù)的老鼠需要海馬。
但是, 必須依靠記憶發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、但睡覺有限的鼠沒有增加神經(jīng)發(fā)生率,這與在休息的相對動不同。這意味著,睡眠缺乏應(yīng)限制細(xì)胞回復(fù)。另一方面,睡眠受限、依賴視覺和味覺的老鼠比相應(yīng)得到充分休息的卻表現(xiàn)出更好的神經(jīng)發(fā)生率,這是一意想不到發(fā)現(xiàn)。
研究者認(rèn)為,在休息的小組設(shè)法依靠記憶發(fā)現(xiàn)平臺,這在一般情況下是更好的策略。但在這種情況下,研究員每四次試驗移動了目標(biāo),使用視覺和味覺則是更好的戰(zhàn)略。睡覺受限的鼠通過改變他們的策略補嘗他們的睡眠缺乏,而且這是有效的。
“在這個小組中,睡覺受限的鼠,由于改善了缺乏睡眠的干涉,增強了它們的迷宮記憶能力—迫使他們更容易接近提示。”Hairston 說。
學(xué)習(xí)新事物—至少在空間記憶中,通過保持新腦細(xì)胞更好的生存率可以保持頭腦的年輕。但是,睡眠的不足會抑制海馬的神經(jīng)發(fā)生。“適度、逐步的睡眠制約也許對神經(jīng)系統(tǒng)有長期有害作用”。
另一方面,睡眠受限、依賴視覺和味覺的老鼠比相應(yīng)得到充分休息的卻表現(xiàn)出更好的神經(jīng)發(fā)生率,“表明某些認(rèn)知功能對睡眠損失有抵抗性,”Hairston說,“這可能很重要,并且暗示利用對于睡眠減少無影響的、特定的神經(jīng)物質(zhì),可以優(yōu)化信息遞呈的途徑”。
“這一發(fā)現(xiàn)對于長期睡眠缺乏的人的訓(xùn)練會有重要意義,包括軍人和醫(yī)科學(xué)生等”,Hairston 說,“當(dāng)認(rèn)知損傷也許可以被克服,適度、逐步的睡眠制約也許對神經(jīng)系統(tǒng)有長期有害作用”。
進(jìn)一步研究能說明大腦的學(xué)習(xí)策略
這些研究結(jié)果的應(yīng)用之一就是,睡眠受限可影響認(rèn)知過程的層級?臻g學(xué)習(xí)是最基本的認(rèn)知策略,當(dāng)它被睡眠缺乏打亂時,就會有第二策略涌現(xiàn)。“還有以擴展到,研究其他競爭性過程是否也類似地受睡眠缺乏影響,”Hairston 說。例如,科學(xué)家知道,,遭受了某些類型腦子損害的人們,也許無法篩選在毫不相關(guān)的刺激之外如屋子里的噪聲,而這對于健康人來說則可以輕易做到。
本文由斯坦福研究員Milton T.M. Little, Michael D. Scanlon, Monique T. Barakat, Theo D. Palmer, Robert M. Sapolsky, and H. Craig Heller 發(fā)表。