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“這是迄今為止在人類睡眠期間看到的來自運(yùn)動(dòng)皮層回放的最直接證據(jù)?！?/p>

——麻省總醫(yī)院神經(jīng)技術(shù)和神經(jīng)恢復(fù)中心 Daniel Rubin 博士

我們?yōu)槭裁匆X？

科學(xué)家們對這個(gè)問題已經(jīng)爭論了幾千年，但麻省總醫(yī)院的研究人員與布朗大學(xué)、退伍軍人事務(wù)部和其他一些機(jī)構(gòu)的同事合作進(jìn)行的一項(xiàng)新研究，為解決這個(gè)謎團(tuán)增加了新的線索。

他們的研究結(jié)果發(fā)表在《神經(jīng)科學(xué)雜志》（Journal of Neuroscience）上，可能有助于解釋人類如何形成記憶和學(xué)習(xí)，并最終有助于為受神經(jīng)系統(tǒng)疾病或損傷影響的人開發(fā)輔助工具。

該研究的主要作者麻省總醫(yī)院神經(jīng)技術(shù)和神經(jīng)恢復(fù)中心的神經(jīng)科醫(yī)生Daniel Rubin博士解釋說，研究實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的科學(xué)家很久以前就發(fā)現(xiàn)了一種稱為“回放”的現(xiàn)象。

回放理論上是大腦用來記住新信息的策略。如果訓(xùn)練老鼠穿過迷宮，監(jiān)測設(shè)備可以顯示當(dāng)它穿越正確的路線時(shí)，腦細(xì)胞或神經(jīng)元的特定模式會(huì)亮起放電。

Rubin 博士表示：“稍后在動(dòng)物睡覺的時(shí)候，你可以看到這些神經(jīng)元會(huì)以同樣的順序再次亮起放電?！?/p>

科學(xué)家們認(rèn)為，睡眠期間神經(jīng)元放電的這種回放現(xiàn)象是大腦練習(xí)新學(xué)信息的方式，這使得記憶得以鞏固，即從短期記憶轉(zhuǎn)化為長期記憶。

Daniel Rubin博士

然而，回放只在實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物中得到了令人信服的證明。

麻省總醫(yī)院神經(jīng)技術(shù)和神經(jīng)恢復(fù)中心的聯(lián)合主任，Sydney S. Cash 博士問道："神經(jīng)科學(xué)界存在一個(gè)懸而未決的問題：這個(gè)關(guān)于我們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)事物的模型在多大程度上反映了我們?nèi)祟愒趯W(xué)習(xí)事物過程中的真實(shí)性？它對不同類型的學(xué)習(xí)方式都是適用的嗎？"他也是這項(xiàng)研究的共同高級作者。

Cash 表示，重要的是，了解在學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)技能時(shí)是否會(huì)發(fā)生回放現(xiàn)象，有助于指導(dǎo)針對神經(jīng)系統(tǒng)疾病和損傷患者的新療法和工具的開發(fā)。

Sydney S. Cash 博士

為了研究回放是否會(huì)發(fā)生在人體運(yùn)動(dòng)皮層-控制運(yùn)動(dòng)的大腦區(qū)域 Rubin，Cash 和他們的同事招募了一名由于脊髓損傷患有四肢癱瘓的36歲男性，這意味著他無法移動(dòng)他的上下肢。該患者被確定為 T11，是腦機(jī)接口設(shè)備臨床試驗(yàn)的參與者，該設(shè)備允許他在屏幕上使用計(jì)算機(jī)光標(biāo)和鍵盤。

在這項(xiàng)研究中，T11 被要求執(zhí)行一項(xiàng)類似于電子游戲 "西蒙（Simon）"的記憶任務(wù)，在該游戲中，玩家觀察到一個(gè)閃爍的彩色燈光圖案，然后必須回憶并重現(xiàn)該序列。他只需考慮自己手的移動(dòng)即可控制電腦屏幕上的光標(biāo)。

植入 T11 運(yùn)動(dòng)皮層的傳感器測量了神經(jīng)元的放電模式，這反映了他預(yù)期的手部運(yùn)動(dòng)，使他能夠在屏幕上移動(dòng)光標(biāo)，并在他想要的位置點(diǎn)擊它。這些大腦信號被記錄下來，并以無線方式傳輸?shù)揭慌_計(jì)算機(jī)。

那天晚上，當(dāng) T11 睡在家里時(shí)，他的運(yùn)動(dòng)皮層的活動(dòng)被記錄下來并無線傳輸?shù)诫娔X。Rubin 博士表示：“我們發(fā)現(xiàn)的非常令人難以置信，他基本上是在睡夢中玩了一夜的游戲?！?在幾次睡眠中，T11 的神經(jīng)元放電模式與當(dāng)天早些時(shí)候進(jìn)行記憶匹配游戲時(shí)發(fā)生的模式完全一致。

Rubin 說：“這是迄今為止人類睡眠期間運(yùn)動(dòng)皮層回放現(xiàn)象最直接的證據(jù)。研究中檢測到的大部分回放都發(fā)生在慢波睡眠期間，這是一個(gè)深度睡眠的階段。有趣的是，當(dāng) T11 處于 REM（快速眼動(dòng)）睡眠時(shí)，監(jiān)測到的回放的可能性要小得多，REM睡眠是最常與做夢相關(guān)的階段。Rubin 和 Cash 認(rèn)為這項(xiàng)工作是了解回放現(xiàn)象及其在人類學(xué)習(xí)和記憶中所起的作用的基礎(chǔ)。

“我們希望能夠利用這些信息來幫助建立更好的腦機(jī)接口，并提出一些范式，幫助人們更快更有效地學(xué)習(xí)，以便在受傷后重新獲得控制能力?！盋ash 博士表示：“這項(xiàng)研究極大地受益于我們與參與者的密切互動(dòng)，他對 T11 和 BrainGate 臨床試驗(yàn)的其他參與者表示感謝。”

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