IF21.2 || 在睡眠期间增强海马-前额叶神经元的同步性可增强人类的记忆巩固

睡眠期间的记忆巩固被认为取决于皮质慢波、丘脑皮质睡眠纺锤体和海马尖波涟漪之间的协调相互作用，但缺乏直接证据。

本文使用CereStim R96 刺激器（Blackrock Microsystems）在睡眠期间对人类前额叶皮层实施了实时闭环深部脑刺激，并使用了临床多通道神经信号采集系统NeuroPort (Blackrock Microsystems)采集神经信号，最后测试了刺激对睡眠电生理学和陈述性记忆的夜间巩固的影响。

鉴于研究员们之前关于局部睡眠振荡的工作，其中 MTL 慢波可以相移甚至完全独立于新皮质慢波，本文假设同步刺激将是增加海马-新皮质耦合的关键，并且在睡眠期间刺激白质电极将允许局部低振幅刺激影响广泛的区域。

图1：与内侧颞叶睡眠活动同步的新皮层刺激提高了夜间识别记忆的准确性。

首先为了评估干预对夜间记忆巩固的影响，参与者在睡前执行了一项视觉配对任务。接着为了测试睡眠电生理学的变化是否是观察到的行为变化的基础，研究员们研究了刺激如何调节慢波和纺锤体。

图2：睡眠纺锤体的同步刺激增强与记忆准确性的提高相关。

接下来，研究员还测试了 5 分钟刺激块之后发生的刺激的延长效果。发现与MTL慢波活跃阶段同步的深部脑刺激（DBS）会导致强大而广泛的效果，这些效应持续到刺激块之外，特别是以与记忆益处相关的方式增强纺锤体。

紧接着研究员们评估了同步刺激对神经单元中脉冲到MTL的相位锁定的影响。他们发现同步刺激导致神经元尖峰活动的相位锁定长时间增加，特别是在远处区域，MTL慢波在几分钟内衰减。

图3：同步刺激后，跨脑相位的神经元尖峰锁定内侧颞叶慢波活动。

接下来，研究员们重点关注海马涟漪与丘脑皮质慢波和纺锤体之间的协调，以前建议用它介导睡眠依赖性记忆巩固。为此，他们重点关注了 16 名参与者的子集，其中同时监测海马体和前额叶活动。

图4：同步刺激增加了内侧颞叶波纹、新皮质慢波和丘脑皮质纺锤体的三重共现。

最后，为了验证最初的假设，即海马体和丘脑皮质睡眠振荡的共同增加是否影响了夜间记忆巩固，研究员们检查了电生理学和记忆之间的关系。

综上所述，本文的研究结果表明，睡眠期间的海马-丘脑皮质同步因果关系支持人类记忆巩固。本研究提出了一种在睡眠期间有益于记忆巩固的方法，这可能有利于未来开发用于记忆障碍和痴呆的闭环临床DBS设备。

笔名：Liushuai

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41593-023-01324-5