近日(5月8日)，美國密西根大學(University of Michigan)和萊斯大學(Rice University)的研究團隊，發現大鼠在睡眠期間，大腦海馬迴的部分神經元不只會「重播過去的經歷」，還能「預演未來情況」。這是科學家首次直接觀察到動物在相對清醒時，缺乏外在刺激下的睡眠時間，腦中仍舊具有神經可塑性(neural plasticity)。該研究發表於期刊《Nature》。

該研究是透過分析大鼠在經歷迷宮測驗後，休息的期間腦部海馬迴的特定放電模式「尖波波纹」(SWR)活動，了解到其用於建構「空間感」的神經元，會在該期間維持穩定，且出現大鼠在探索迷宮初期所呈現的「位場」(place fields)，好比其在睡夢中可能夢見曾在迷宮內的位置。

令人驚訝的是，除了這些曾經歷過的記憶外，大鼠腦部的SWR活動，也可能偏離其之前的位置偏好，並且其清醒後再次進入迷宮時，會走出如其剛才睡夢中SWR活動所呈現的位置，彷彿在睡眠時間已預演了未來再進入迷宮時的行動。

早在數十年前就有科學家就發現，動物在休息時，大腦中的神經元會重播動物在清醒時探索環境的過程，並有特定的放電模式，隨後針對研究也指出，睡眠期間海馬迴神經的活動會有助於長期記憶的形成。

本次研究，則是首次觀察到海馬迴在睡眠期間的活動，也與動物未來會進行的行動相關。

研究人員說明，這項結果可說直接觀察到大鼠在睡眠時間的神經可塑性，且該研究的一大重要性在於，過去對於神經可塑性的研究，都是在動物清醒，能透過視覺、聽覺、嗅覺等刺激的情況下進行觀察，但本次則是少數能在缺乏刺激的睡眠情況下觀察的結果。

此研究中，不論大鼠清醒或睡眠時，都是保持能自由移動的狀態，要能量測到這些極細微的神經運動，除了需要高解析度神經探針，團隊也運用了機器學習工具。

研究論文表示，他們使用了統計學中一項新的貝葉斯(Bayesian)學習(又稱「貝氏推斷」)方法，來幫助解析大鼠在睡眠期間，腦中特定神經元位場，即大鼠所夢到的位置。

研究團隊也進一步以這些「夢到的位置」，來計算數據中每個神經元的空間協調過程，如此得以在沒有外界刺激的情況下，也能追蹤神經元的活動。

參考資料：

1.論文原文：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07397-x

2. https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240530182203.htm

(編譯/巫芝岳)