人类为什么要睡觉？这个问题已经被科学家争论了数百年，但最近，麻省总医院(MGH)的研究人员通过与布朗大学、退伍军人事务部和其他机构的专家合作进行的一项研究，为解决这个谜增加了新的线索。
他们的研究最近发表在《神经科学杂志》上，这可能有助于解释个人如何记忆事物和掌握新技能。此外，它还可能有助于为神经系统疾病或损伤的人创建辅助工具。
据该研究论文的第一作者、MGH神经技术和神经康复中心的神经学家丹尼尔·鲁宾(Daniel Rubin)博士介绍，科学家们很早就知道在睡眠过程中会发生一种叫做“重放”的现象。重放被认为是大脑用来回忆新信息的一种机制。当一只老鼠被教会在迷宫中导航时，监控设备可能会指示脑细胞或神经元的精确模式在它遵循正确的路径时亮起。鲁宾说:“然后，后来，当动物在睡觉时，你可以看到这些神经元会以同样的顺序再次放电。科学家推测，这就是大脑在睡眠中练习新获得的知识并巩固记忆的方式——即从短期记忆到长期记忆。”
然而，这种重现只在实验动物身上得到了恰当的证明。“在神经科学界，一直有一个悬而未决的问题。这个关于我们如何学习事物的模型在多大程度上对人类是真实的？不同种类的学习都是这样吗？”神经科学家Sydney S. Cash博士问道，他是MGH神经技术和神经康复中心的联合主任，也是这篇研究论文的第一作者。卡什指出，了解运动技能的学习是否重放很重要，这有助于指导神经系统疾病和损伤患者新疗法和工具的开发。
为了研究重演是否发生在人类运动皮层——管理运动的大脑区域——鲁宾、卡什和他们的同事招募了一名36岁的四肢瘫痪(也称为四肢瘫痪)男子，这意味着他的上下肢不能移动，在他的情况下，这是由于脊髓损伤。这个人在研究中被确定为T11，是脑机接口设备临床试验的参与者，该设备允许他在屏幕上使用计算机光标和键盘。该研究设备由BrainGate Alliance开发，该联盟由多个机构的临床医生、神经科学家和工程师开发，旨在创造技术，恢复患有神经疾病、受伤或肢体缺失的人的交流、行动和独立性。该联盟由MGH、布朗大学和退伍军人事务部的Leigh R. Hochberg博士指导。
在这项研究中，T11被要求执行一项类似于视频游戏Simon的记忆任务，在这项任务中，玩家观察到一个闪烁的彩色光图案，然后必须回忆并再现该序列。他仅仅通过思考双手的动作来控制电脑屏幕上的光标。植入T11运动皮层的传感器测量了神经元的放电模式，这反映了他预期的手部运动，这使他能够移动屏幕上的光标，并在他想要的位置单击它。这些大脑信号被记录下来并无线传输到电脑。
当晚，T11在家睡觉时，他的运动皮层活动被记录下来，并无线传输到电脑上。鲁宾说，“我们的发现令人难以置信。他基本上在睡梦中打了一整夜的游戏。”鲁宾指出，有几次，T11在睡眠期间的神经元放电模式与他当天早些时候的记忆匹配游戏完全相同。”这是人类睡眠期间运动皮层重放的最直接证据.”
据悉，研究中检测到的重播大多发生在慢波睡眠期间，这是深度睡眠的一个阶段。有趣的是，当T11处于快速眼动睡眠时，它不太可能检测到重播，快速眼动睡眠是最常与做梦相关的阶段。鲁宾和卡什认为，这项工作是了解更多重放及其在人类学习和记忆中的作用的基础。
卡什说:“我们希望可以利用这些信息来帮助建立更好的脑机接口，并提出一些例子来帮助人们更快更有效地学习，以便在受伤后重新获得控制。”此外，他补充说:“这种研究从我们与参与者的密切互动中受益匪浅。”他感谢T11和BrainGate临床试验的其他参与者。
霍赫伯格也表示了赞同。他说:“我们不可思议的BrainGate参与者不仅为创建一个恢复通信和移动的系统提供了有用的反馈，还为我们提供了一个推进基础人类神经科学的难得机会——了解人类大脑如何在单个神经元的回路水平上工作，并利用这些信息建立下一代恢复性神经科学。
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