睡觉如何巩固记忆？中国科学院把过程“拍”了下来

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不知道大家有没有这样的经历：有时候记完东西，睡一觉醒来，发现全忘了；有时候却发现记得更牢了。这是为什么呢？最近，中国科学院心理研究所的科学家揭示了其中的奥秘。

简单来说，这项研究探索了海马体与新皮层在记忆重激活中如何协同工作，以及这一过程是怎样受到睡眠阶段和神经振荡等因素调控的。

在详细介绍这项研究之前，我们先来了解一下记忆的形成过程。

记忆形成通常分为三个主要阶段：

编码（Encoding）：学习新信息时，大脑接收并初步处理信息，形成初始的记忆痕迹。主要涉及海马体和相关皮质区域，将感官输入转化为神经表征。

巩固（Consolidation）：新编码的记忆被加工、稳定并整合到长期存储中。

提取（Retrieval）：需要时从存储中调用记忆，涉及皮质和海马体的协同工作。

我们经常说的巩固记忆属于第二个阶段。巩固阶段分为两种：突触巩固（Synaptic Consolidation）和系统巩固（Systems Consolidation）。突触巩固发生在学习后数小时内，涉及神经元连接的短期强化，形成短期记忆。如果不继续巩固，这些记忆很快就会消失。比如考试临时抱佛脚，就是在利用短期记忆。

系统巩固则发生在数小时到数周的时间里，将记忆从海马体依赖逐渐转移到皮质依赖，也就是把短期记忆转为长期记忆。这个阶段让我们努力学习的知识得以长期保存，而睡眠在这个过程中特别重要。

"回声"效应研究的正是系统巩固阶段中，睡眠时海马体与皮质如何互动来稳定和增强记忆。

2025年3月12日，中国科学院心理研究所王亮研究组在《自然通讯》（Nature Communications）上发表了《人类记忆巩固中变异性的电生理特征》（Electrophysiological signatures underlying variability in human memory consolidation）这项研究。

为实现研究目标，研究者设计了一个结合行为任务、目标记忆再激活（画面信息：目标记忆重激活(Targeted memory reactivation，TMR)是一种研究记忆巩固的重要方法，通过进行记忆线索的提示诱导促进记忆的巩固。通常，发生在慢波睡眠阶段的提示可促进程序性和陈述性记忆巩固。）干预和颅内电生理记录的实验。

研究者招募了11名难治性癫痫患者（2女9男，平均年龄23.9岁）作为实验对象。所有参与者都签署了知情同意书，实验获得了伦理委员会批准。

选择癫痫患者是因为这些患者为了定位癫痫病灶已植入了颅内电极，可以直接记录海马体和皮质活动。

实验过程是这样的：

研究者先让实验对象学习记住50个对象（如杯子）与屏幕上特定位置的关联，每个对象都配有独特的声音（如玻璃破碎声）。睡前测试一遍后，在实验对象进入非快速眼动睡眠状态时，研究者随机选择25个对象的声音，以50分贝音量通过扬声器播放，间隔5.5秒，重复6轮，约持续30分钟；另外25个对象作为对照组不播放声音。第二天再测试，看哪组记得更好。

睡眠通常分为两大阶段：非快速眼动睡眠（NREM）和快速眼动睡眠（REM）阶段。

非快速眼动睡眠又分为N1、N2、N3三个阶段。

N1是入睡的过渡阶段。这时候我们的身体开始放松，心率和呼吸减慢，可能会出现轻微的肌肉抽动或“坠落感”。这个阶段占睡眠时间的5-10%，通常持续几分钟。这时候我们的大脑活动减弱，意识模糊，容易被轻微噪音唤醒。

N2是浅中睡眠阶段，这是我们的身体进一步放松，体温下降，心率和呼吸更规律。脑波出现睡眠纺锤波和K复合波。这个阶段占睡眠时间的45-55%，每次循环约20-30分钟。纺锤波与记忆巩固和信息处理密切相关，保护睡眠不受外界干扰。

N3是深睡眠阶段。这时候我们的身体完全放松，处于很难唤醒的状态。这个阶段占睡眠时间的15-25%，主要集中在前半夜，每次循环约20-40分钟。N3阶段对身体修复（组织生长、免疫增强）和记忆巩固（特别是系统巩固）至关重要。海马体涟漪在此阶段活跃，促进记忆重播。

之后就是快速眼动睡眠阶段。在这个阶段，我们的大脑很活跃，类似清醒状态。这时候，除了眼睛和呼吸肌之外，我们的身体处于“暂时性瘫痪“状态，伴随快速眼动。复杂、激烈的梦一般就在这个阶段做的。快速眼动睡眠占睡眠时间的20-25%，后半夜更常见，每次循环约10-30分钟，随夜间循环延长。

实验之所以选择N2和N3，因为这时候大脑最爱“整理”知识，TMR（提示音）就像敲门提醒：“快把白天学的存好！”

实验结果显示，在非快速眼动睡眠期间播放对象声音的实验组，记忆效果明显优于未播放声音的对照组。

通过颅内脑电图（iEEG）记录睡眠期间实验对象的海马体和皮质神经活动，包括海马体涟漪、皮质纺锤波以及脑区相干性，研究人员发现：在播放对象声音的初期，海马体涟漪发生率增加，海马体-皮质耦合增强，同时伴随着皮质涟漪和高频宽带活动。这表明海马体正在向皮质传输记忆信息。

在播放声音的晚期，海马体-皮质耦合减弱，而皮质纺锤波活动增加，这说明皮质开始独立处理记忆表征，为长期存储做准备。

简单总结就是，研究人员通过目标记忆再激活方法，在实验对象睡眠时播放与学习内容相关的提示音，成功增强了记忆效果。他们还发现记忆在睡眠中的"加工"有两个阶段：

第一阶段：大脑的海马体（负责短期记忆的区域）积极地将信息传递给皮质（负责长期记忆的区域），就像在"打包"记忆。

第二阶段：皮质开始独立整理这些信息，为长期储存做准备，此时海马体的参与减少。

实际上，通过感官线索（如声音、气味）来增强记忆并不是新发现，海马体涟漪和皮质纺锤波在记忆巩固中的作用也早有研究。这项研究的创新之处在于进一步揭示了记忆巩固过程中海马体和皮质是如何相互配合的。

这项研究使用颅内脑电图（iEEG）直接记录海马体和皮质活动，提供了前所未有的高时空分辨率，突破了传统头皮脑电图和功能磁共振成像的局限。

听起来很复杂，但其实很简单：这项研究就像给"睡眠助记"这个现象拍摄了一部高清电影，让我们看清了许多以前模糊的细节。

换句话说，这项研究又为我们揭开了记忆形成过程的一层神秘面纱。

有人可能会问：这是不是意味着只要在睡觉时放提示音，就不用担心记不住东西了？

并非如此。

因为日常睡眠环境很难达到实验条件。实验是在非快速眼动睡眠的N2期（浅睡期）和N3期（深睡期）播放提示音，因为这时海马体涟漪和皮质纺锤波最活跃，最适合记忆巩固。如果睡眠质量不好或无法进入深睡眠，记忆效果就会减弱。而且，这种方法只能巩固已经编码的记忆，也就是说，如果你白天没认真学习，播放提示音也帮不了你。

此外，这项实验还存在局限性。由于实验对象是11名难治性癫痫患者，他们的大脑功能可能受到疾病、抗癫痫药物或手术的影响。研究人员在论文中也指出：由于无法在健康人群中记录相同的颅内脑电图数据，目前还不能完全排除癫痫对大脑功能的影响。

总的来说，这项研究不仅让我们更清晰地看到了记忆在睡眠中如何被“加工”与“保存”，也为未来的教育、康复甚至睡眠优化技术提供了科学依据。虽然我们还无法在日常生活中完全复制实验条件，但它提示我们一个重要的事实：高质量的睡眠，尤其是深度睡眠，对于记忆的稳固和提升至关重要。

所以，别再熬夜刷剧啦！好好睡一觉，也许你学过的知识就悄悄“打包上传”了。以后复习备考，不妨在睡前认真学一遍，再来个安稳觉，说不定记得更牢哦！

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：邢焕秋 科普作者
审核：李翀 清华大学临床医学院科研办主任 副教授
出品：中国科协科普部
监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司