在入睡后的15分鐘到45分鐘后，我們就會(huì )進(jìn)入深度睡眠階段。

深度睡眠，因包含頻率為0.5-2Hz的delta慢腦電波，也被稱(chēng)為慢波睡眠（slow-wave-sleep,SWS）。

深度睡眠中的慢波分為下降狀態(tài)（downstate）和上升狀態(tài)（upstate），在下降狀態(tài)中，大腦中的神經(jīng)元活躍度較低；在上升狀態(tài)中，大腦中的神經(jīng)元會(huì )有短暫的高頻放電。

大量研究表明，深度睡眠對記憶的鞏固至關(guān)重要，與健康的睡眠相比，失眠會(huì )導致記憶力下降。

記憶存儲在神經(jīng)元之間的連接——突觸（synapse）中，因此，對深度睡眠中記憶的研究離不開(kāi)對突觸的觀(guān)察和分析。

突觸連接強度的變化是大腦可塑性的重要體現，過(guò)去的幾十年中，神經(jīng)科學(xué)家提出了一些刻畫(huà)突觸連接強度變化的可塑性模型，其中最著(zhù)名的就是由中國科學(xué)家畢國強教授和蒲慕明教授于1998年提出的STDP（spiketimedependentplasticity）規則。

STDP規則反映了突觸前神經(jīng)元（preneuron）和突觸后神經(jīng)元（postneuron）放電時(shí)間差對突觸連接強度的影響，如果preneuron先放電，postneuron后放電，則連接強度增加，反之連接強度減弱。

大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)復雜的動(dòng)力學(xué)系統，記憶存儲的過(guò)程中，一些突觸連接被增強，一些突觸連接強度沒(méi)有發(fā)生變化，如果隨著(zhù)記憶數量的增加，大腦中的強突觸連接會(huì )越來(lái)越多，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )過(guò)度興奮，顯然不利于動(dòng)力學(xué)系統維持穩定狀態(tài)。

因此，2003年Tononi等提出了突觸動(dòng)態(tài)穩定假說(shuō)（synaptichomeostasishypothesis），該假說(shuō)認為，清醒時(shí)突觸連接會(huì )增強，而深度睡眠時(shí)突觸連接會(huì )減弱，以此維持動(dòng)力學(xué)系統的穩定。

STDP規則可以對清醒時(shí)突觸連接增強的現象做出合理的解釋?zhuān)珜ι疃人咧型挥|連接減弱現象的解釋就顯得力不從心了。

近期，來(lái)自英國和巴西的科學(xué)家發(fā)現了深度睡眠中新的可塑性現象，研究結果于3月21日發(fā)表在Neuron上。

該研究以小鼠為研究對象，通過(guò)光遺傳學(xué)和單細胞記錄的方法，探究在麻醉狀態(tài)（模擬深度睡眠）下小鼠桶狀皮層（barrelcortex）中的可塑性變化。

其中，光遺傳學(xué)用于引發(fā)preneuorn的電活動(dòng)，而單細胞記錄則用于測量postneuron的電活動(dòng)。

研究者通過(guò)控制preneuron的放電時(shí)間與postneuron狀態(tài)之間的關(guān)系，共設計了8種實(shí)驗條件，包括preneuron放電位于postneuron下降狀態(tài)中某次放電之前，或是preneuron放電位于postneuron上升狀態(tài)某次放電之后等。

分析結果表明：

-在下降狀態(tài)中，突觸可塑性仍遵循STDP規則。但下降狀態(tài)中電活動(dòng)非常稀少，所以并不能體現出深度睡眠中普遍的連接強度變化。

-在上升狀態(tài)中，只有preneuron能夠引起postneuron電活動(dòng)的情況下，該突觸連接強度才會(huì )被保持，其他情況下突觸連接強度則會(huì )減弱。

研究者還利用計算神經(jīng)科學(xué)的方法對這種新發(fā)現的可塑性規則在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中的作用進(jìn)行模擬，模擬結果表明，深度睡眠中的可塑性規則可以提高突觸連接強度的信噪比，并有利于記憶的保持。

綜上，在深度睡眠中，大腦中遵循著(zhù)不同于清醒狀態(tài)時(shí)的可塑性規則，這主要體現在僅保持而非增強必要的突觸連接強度，減弱其他不必要的突觸連接強度，用以維持整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的突觸動(dòng)態(tài)穩定。醒來(lái)后，大腦便會(huì )以全新的狀態(tài)迎接新的學(xué)習和記憶。