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“這是迄今為(wei) 止在人類睡眠期間看到的來自運動皮層回放的最直接證據。”

——麻省總醫院神經技術和神經恢複中心 Daniel Rubin 博士

我們(men) 為(wei) 什麽(me) 要睡覺？

科學家們(men) 對這個(ge) 問題已經爭(zheng) 論了幾千年，但麻省總醫院的研究人員與(yu) 布朗大學、退伍軍(jun) 人事務部和其他一些機構的同事合作進行的一項新研究，為(wei) 解決(jue) 這個(ge) 謎團增加了新的線索。

他們(men) 的研究結果發表在《神經科學雜誌》（Journal of Neuroscience）上，可能有助於(yu) 解釋人類如何形成記憶和學習(xi) ，並最終有助於(yu) 為(wei) 受神經係統疾病或損傷(shang) 影響的人開發輔助工具。

該研究的主要作者麻省總醫院神經技術和神經恢複中心的神經科醫生Daniel Rubin博士解釋說，研究實驗動物的科學家很久以前就發現了一種稱為(wei) “回放”的現象。

回放理論上是大腦用來記住新信息的策略。如果訓練老鼠穿過迷宮，監測設備可以顯示當它穿越正確的路線時，腦細胞或神經元的特定模式會(hui) 亮起放電。

Rubin 博士表示：“稍後在動物睡覺的時候，你可以看到這些神經元會(hui) 以同樣的順序再次亮起放電。”

科學家們(men) 認為(wei) ，睡眠期間神經元放電的這種回放現象是大腦練習(xi) 新學信息的方式，這使得記憶得以鞏固，即從(cong) 短期記憶轉化為(wei) 長期記憶。

Daniel Rubin博士

然而，回放隻在實驗室動物中得到了令人信服的證明。

麻省總醫院神經技術和神經恢複中心的聯合主任，Sydney S. Cash 博士問道："神經科學界存在一個(ge) 懸而未決(jue) 的問題：這個(ge) 關(guan) 於(yu) 我們(men) 如何學習(xi) 事物的模型在多大程度上反映了我們(men) 人類在學習(xi) 事物過程中的真實性？它對不同類型的學習(xi) 方式都是適用的嗎？"他也是這項研究的共同高級作者。

Cash 表示，重要的是，了解在學習(xi) 運動技能時是否會(hui) 發生回放現象，有助於(yu) 指導針對神經係統疾病和損傷(shang) 患者的新療法和工具的開發。

Sydney S. Cash 博士

為(wei) 了研究回放是否會(hui) 發生在人體(ti) 運動皮層-控製運動的大腦區域 Rubin，Cash 和他們(men) 的同事招募了一名由於(yu) 脊髓損傷(shang) 患有四肢癱瘓的36歲男性，這意味著他無法移動他的上下肢。該患者被確定為(wei) T11，是腦機接口設備臨(lin) 床試驗的參與(yu) 者，該設備允許他在屏幕上使用計算機光標和鍵盤。

在這項研究中，T11 被要求執行一項類似於(yu) 電子遊戲 "西蒙（Simon）"的記憶任務，在該遊戲中，玩家觀察到一個(ge) 閃爍的彩色燈光圖案，然後必須回憶並重現該序列。他隻需考慮自己手的移動即可控製電腦屏幕上的光標。

植入 T11 運動皮層的傳(chuan) 感器測量了神經元的放電模式，這反映了他預期的手部運動，使他能夠在屏幕上移動光標，並在他想要的位置點擊它。這些大腦信號被記錄下來，並以無線方式傳(chuan) 輸到一台計算機。

那天晚上，當 T11 睡在家裏時，他的運動皮層的活動被記錄下來並無線傳(chuan) 輸到電腦。Rubin 博士表示：“我們(men) 發現的非常令人難以置信，他基本上是在睡夢中玩了一夜的遊戲。” 在幾次睡眠中，T11 的神經元放電模式與(yu) 當天早些時候進行記憶匹配遊戲時發生的模式完全一致。

Rubin 說：“這是迄今為(wei) 止人類睡眠期間運動皮層回放現象最直接的證據。研究中檢測到的大部分回放都發生在慢波睡眠期間，這是一個(ge) 深度睡眠的階段。有趣的是，當 T11 處於(yu) REM（快速眼動）睡眠時，監測到的回放的可能性要小得多，REM睡眠是最常與(yu) 做夢相關(guan) 的階段。Rubin 和 Cash 認為(wei) 這項工作是了解回放現象及其在人類學習(xi) 和記憶中所起的作用的基礎。

“我們(men) 希望能夠利用這些信息來幫助建立更好的腦機接口，並提出一些範式，幫助人們(men) 更快更有效地學習(xi) ，以便在受傷(shang) 後重新獲得控製能力。”Cash 博士表示：“這項研究極大地受益於(yu) 我們(men) 與(yu) 參與(yu) 者的密切互動，他對 T11 和 BrainGate 臨(lin) 床試驗的其他參與(yu) 者表示感謝。”

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