这项研究有助于解决快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠在视觉学习中的作用的争论

位于美国罗德岛州普罗维登斯哪个睡眠阶段对学习最重要:快速眼动睡眠还是非快速眼动睡眠?睡眠是通过在人们打盹的时候加强技能来提高学习能力，还是通过在大脑中巩固这些技能从而使他们不太可能忘记?这些过程是在人每次睡觉的时候发生，还是只有在他们学习了新东西之后才会发生?

根据一项关于视觉学习的新研究，这些问题的答案都是“以上皆有”。

布朗大学认知、语言和心理科学(研究)教授、通讯作者Yuka Sasaki说:“睡眠对身体和大脑的许多过程都有好处，但争论的焦点是睡眠如何好。”“非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠的作用不同，还是睡眠阶段无关紧要?”我们认为只有一个答案，因为我们清楚地展示了非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠在视觉感知学习中的作用差异。”

在7月20日发表在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)上的这项研究中，研究人员训练年轻人在睡觉前和睡觉后完成两项不同的任务，在有纹理的背景上识别字母和一组线条的方向。在这两项任务中，研究人员分析了参与者睡眠时的脑电波，同时测量了他们大脑中两种不同化学物质的浓度:一种是兴奋性神经递质谷氨酸，另一种是抑制性神经递质-氨基丁酸。另外，研究人员对没有参与视觉学习任务的人进行了同样的分析。

通过测量这两种化学物质在大脑中的比例——被称为兴奋/抑制(E/I)平衡——科学家可以收集关于大脑特定区域状态的线索。有时，例如当一个大脑区域具有高E/I平衡时，神经元会积极地形成新的连接，这意味着大脑区域具有高度的可塑性。

相反，当一个大脑区域具有低E/I平衡时，它被认为处于稳定状态。在稳定过程中，不太重要的神经连接被修剪掉，从而提高了剩余连接的效率和弹性。可塑性和稳定性在学习过程中都是不可或缺的:可塑性通常会转化为成绩的提高，而稳定性可以防止新学习内容被未来的学习内容覆盖或干扰。

这项新的研究发现，可塑性和稳定性发生在不同的睡眠阶段。

在非快速眼动(NREM)睡眠期间，参与者大脑的视觉区域表现出E/I平衡，暗示可塑性增强。即使在没有参与视觉学习任务的参与者中也发现了这种模式，这意味着即使没有学习，这种模式也会发生。

然而，快速眼动阶段似乎对人们来说是必要的，因为他们要从非快速眼动睡眠中获得增强的可塑性。在快速眼动睡眠期间，参与者大脑中的化学物质浓度表明他们的视觉区域处于稳定状态。(这个过程只发生在参与视觉学习任务的参与者身上，这表明，与可塑性不同，睡眠的稳定只发生在有学习的情况下。)

那些只经历了非快速眼动睡眠的参与者没有表现出任何表现上的提高，可能是因为新的，睡眠后的任务干扰了他们对睡眠前任务的学习。相反地，那些同时经历非快速眼动和快速眼动睡眠的人，在睡眠前和睡眠后的任务中表现出了显著的提高。

佐佐木说:“我希望这能帮助人们认识到，非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠对学习都很重要。”“人们在晚上睡觉时，有很多睡眠周期。快速眼动睡眠至少出现三次、四次、五次，尤其是在夜晚的后期。我们希望有大量的快速眼动睡眠来帮助我们更有力地记忆，所以我们不应该缩短睡眠时间。”

接下来，佐佐木和她的同事们想看看他们的发现是否可以推广到其他类型的学习。他们还想把这项研究和他们过去在视觉感知学习和奖励方面的研究结合起来。

她说:“之前，我们证明了奖励可以通过睡眠增强视觉学习，所以我们想了解它是如何工作的。”“这很有野心，但也许我们可以将这项研究扩展到其他类型的学习，这样我们就能更好地记忆，发展更好的运动学习能力，更好的视觉技能和创造力。”

除了佐佐木，其他参与这项研究的布朗大学作者还有Tamaki Masako, Zhiyan Wang, Tyler Barnes-Diana, DeeAnn Guo, Aaron V. Berard, Edward Walsh和Takeo Watanabe。

本研究由美国国立卫生研究院(R21EY028329、R01EY019466、R01EY027841、T32EY018080、T32MH115895和BSF2016058)资助。这项研究的一部分也得到了布朗视力研究中心的支持。

这则新闻是由科学专栏作家克里·本森撰写的。