基础科学研究院（IBS）认知与社会性中心的科学家们，通过在深度睡眠期间调节特定的同步脑波，增强或削弱了小鼠的记忆能力。这是首项表明在恰当的时机操控睡眠纺锤波震荡会影响记忆的研究。这项小鼠实验的完整描述是与图宾根大学合作进行的，发表在《神经元》期刊上。
研究团队专注于一种通常整夜发生、与快速眼动（REM）阶段交替出现的非快速眼动深度睡眠阶段。它被称为慢波睡眠，似乎与记忆形成而非做梦有关。
在慢波睡眠期间，同时放电的神经元群产生具有三重节律的脑波：慢波震荡、纺锤波和涟漪波。慢波震荡源于大脑皮层的神经元。纺锤波来自大脑中一个称为丘脑网状核的结构，每秒出现约7-15次尖峰。最后，涟漪波是在海马体内产生的尖锐且快速的电能爆发，海马体是一个在空间记忆中起重要作用的脑部组件。
该研究的第一共同作者 Charles-Francois V. Latchoumane 解释道：“夜间经常会出现一种规律模式，即来自皮层的慢波震荡之后紧接着出现丘脑纺锤波，而在此时，海马体涟漪波并行出现。我们认为，这三种节律的正确时机就像大脑不同部分之间的通信通道，促进了记忆巩固。”
研究人员重点关注纺锤波，因为有研究表明纺锤波的数量与记忆有关。已证实，在充满学习任务的一天之后，纺锤波的数量会增加，而在老年人及精神分裂症患者中则会减少。这是首项表明人工丘脑纺锤波若与慢波震荡同步施加会影响记忆的研究。
在实验中，小鼠被放入一个特殊的笼子，并在听到音调噪音后受到轻微电击。第二天，通过检查它们对相同噪音或相同笼子的恐惧反应来测试其记忆。Latchoumane 解释说，这可以简化并比作在特定地点（如咖啡馆）听到火警警报的经历。随后，第二天可能会再次造访同一家咖啡馆，或者在另一家咖啡馆听到火警警报的声音。
在两天之间的夜间，科学家们利用一种称为光遗传学的光基技术，在部分小鼠中引入了人工丘脑纺锤波。小鼠被分为三组。第一组在慢波震荡之后立即接受光输入，因此它们的纺锤波可以形成三重节律（同相）：慢波震荡-纺锤波-涟漪波。第二组的光刺激施加较晚，“不同步”。第三组作为对照组，未接受任何光刺激。
第二天，小鼠被放置在同一地点，并记录其运动。第一组小鼠有40%的时间因恐惧而僵住，即使没有噪音也是如此。相反，第二组和第三组小鼠僵住的时间仅达20%。然而，当小鼠在不同地点听到相同的音调时，它们记住了该音调并有长达40%的时间因恐惧而僵住，这与它们所属的组别无关。海马体参与空间记忆，这可能解释了这种差异。
反之亦然：使小鼠遗忘也是可能的。通过减少过夜期间的纺锤波数量，研究人员能够降低记忆回想。
研究团队认为，丘脑是长期记忆巩固的协调者，这是新获取的信息从海马体转移到皮层并作为长期记忆归档的过程。海马体就像一个枢纽，大量信息进入其中，必须被重新定向到大脑内的正确目的地，特别是皮层。这项研究表明，丘脑似乎介导了海马体与皮层之间的信息交换。Latchoumane 描述道：“我们认为深度睡眠期间的记忆与时间协调有关。如果海马体试图在皮层神经元尚未准备好接收信息时进行交换，信息可能会被浪费。”“慢波震荡可能是皮层用来标记其已准备好接受信息的信号。然后，丘脑会通过纺锤波向海马体发出警报。”
可以预见，记忆缺陷患者可能会从这项研究转化应用于人类中受益。然而，有几点需要阐明：我们能独立操控单一记忆吗？REM阶段会影响结果吗？存储的记忆是如何被提取的？在等待睡眠科学的下一项研究成果时，祝好梦……也祝记忆甜美。