记忆在学习后不断完善，这一过程称为记忆巩固，而睡眠在其中发挥关键作用。学习后立即睡眠有助于记忆，而睡眠不足也会干扰记忆。研究表明海马体对依赖睡眠的记忆巩固至关重要，海马体的尖波涟漪（SWRs）在记忆过程中起重要作用，记忆任务后SWRs在睡眠中更频繁，扰乱这些振荡活动会损害记忆，而增强它们则会改善记忆。SWRs在海马体内生成同步尖峰活动，驱动突触可塑性，增强记忆的储存和回忆。并且SWRs期间的尖峰活动可以再激活和重放学习期间的活动，类似快速排练，从而加强和稳定记忆并将信号传递到大脑其他区域。然而，目前尚不清楚睡眠剥夺如何影响这些关键的再激活和重放过程。
近日，来自美国密歇根州安娜堡市密歇根大学医学院麻醉学系的KamranDiba教授团队在Nature杂志在线发表了题为“Sleeplossdiminisheshippocampalreactivationandreplay”的研究，通过构建睡眠剥夺（SD）大鼠模型，利用高密度硅探针检测证明SD扰乱了海马体SWRs的生理特性和功能结果，而这对记忆巩固至关重要。研究强调了睡眠在维持正常海马体功能和记忆过程中的重要性。
1.睡眠剥夺会产生更多的SWRs，但其功率较弱且涟漪频率更高
研究人员首先通过在大鼠海马体CA1区域植入高密度硅探针记录了在迷宫探索、睡眠和SD期间的海马体神经元活动。结果显示，在非快速眼动睡眠(NREM)期间海马体局部场电位（LFPs）显示出强δ波活动，而在快速眼动睡眠(REM)期间则显示出强θ波活动。在睡眠剥夺期间，虽然δ波和θ波活动不显著，但孤立δ波的速率增加，这可能指示了微睡或局部睡眠的发生。睡眠剥夺的特点是整体频谱功率下降，而恢复睡眠后δ活动出现强劲反弹，这与睡眠稳态理论相符，表明大脑在睡眠剥夺后会通过增加δ波活动来补偿其睡眠需求。
2.海马体的放电速率在睡眠剥夺期间升高且更加分散
接下来，作者团队通过细胞外记录揭示了睡眠剥夺对大鼠海马体锥体神经元和中间神经元放电速率的影响。研究发现，在自然睡眠期间，锥体神经元的放电速率会随着睡眠的深入而降低，而在睡眠剥夺期间，锥体神经元的放电速率不仅没有降低，反而保持在较高水平。此外，睡眠剥夺还导致锥体神经元放电速率的分布更加分散，这可能反映了神经元之间同步性的降低，从而影响了记忆的整合和巩固过程。与此相类似，在睡眠剥夺期间，中间神经元的放电速率也保持在较高水平，这可能进一步影响了海马体的神经活动模式。
.海马体再激活在睡眠剥夺期间减弱，并且不能通过恢复睡眠得到恢复
鉴于在SD期间SWRs的发生率很高，接下来作者团队探索了SD是否会影响SWRs的具体内容。结果表明，SD对大鼠海马体的神经元再激活有显著影响，这种影响在恢复睡眠（RS）期间也未能完全恢复。在自然睡眠状态下，海马体神经元显示出与记忆功能相关的持久再激活。但在SD期间，再激活表现为衰减速度加快。并且这种减弱与睡眠压力的累积有关。作者团队还发现尽管在SD后的RS期间海马体神经元再激活有所增加，但仍未达到自然睡眠期间的水平，显示出SD对记忆巩固过程的长期负面影响。
4.SD和RS导致轨迹重放质量下降
最后，作者团队利用长时间记录观察了睡眠和SD状态下的轨迹重放。通过贝叶斯方法量化能够解码迷宫连续运动的轨迹重放的比例。实验发现，在迷宫探索后，无论是在自由睡眠还是SD状态下，轨迹重放的比例都达到了高峰。但随着SD的持续，轨迹重放的比例显著下降，且在RS期间进一步减少，未能恢复到自由睡眠时的水平。此外，SD期间轨迹重放的持续时间也有所缩短，这一现象在RS期间持续存在。
总结
总体而言，这项研究强调了海马体神经元再激活和重放对于睡眠在记忆巩固过程中的关键调节作用。这种神经元放电模式的紊乱不仅可能削弱海马体对空间信息的编码能力，损害依赖海马体的空间记忆功能，而且还可能对大脑内广泛分布的神经网络产生深远的影响。这些发现凸显了充足睡眠对于保持认知功能完整性和促进记忆健康的重要性。
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