在睡眠期间大脑区域同步以产生运动记忆

当金州勇士队的斯蒂芬库里罚球时，他的大脑会利用运动记忆。现在，加州大学旧金山分校 (UCSF) 的研究人员已经展示了这种类型的记忆是如何在睡眠期间得到巩固的，此时大脑会处理白天的学习，使做某事的身体行为成为潜意识。

该研究于 2022 年 12 月 14 日发表在《自然》杂志上，表明大脑通过回顾给定行动的试验和错误来做到这一点。在类比中，这意味着对库里曾经投过的所有罚球进行分类，清除所有动作的记忆，除了那些命中目标的动作，或者大脑认为“足够好”的动作。结果是无需考虑所涉及的身体动作就能够以高精度进行罚球。

“即使是精英运动员也会犯错，这就是让比赛变得有趣的原因，”医学博士、加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所成员、神经学教授 Karunesh Ganguly 说。“运动记忆与完美的表现无关。它与可预测的错误和可预测的成功有关。只要每天的错误都是稳定的，大脑就会说，‘让我们锁定这段记忆吧。’”

Ganguly 和他的团队发现，“锁定”过程涉及大脑不同部分之间一些令人惊讶的复杂交流，并且发生在称为非 REM 睡眠的深度恢复性睡眠期间。

睡眠很重要，因为我们有意识的大脑倾向于关注失败，Ganguly 说，他之前发现了影响技能保留的与睡眠相关的脑电波。

“在睡眠期间，大脑能够筛选所有它接收到的实例，并提出成功的模式，”他说。

地球运动技能在“阿凡达”中的潘多拉星球上不起作用

人们曾经认为学习运动技能只需要运动皮层。但近年来出现了更复杂的情况。

为了更仔细地研究这个过程，Ganguly 让老鼠完成一项任务，即伸手去拿弹丸。然后，研究小组观察了他们在 NREM 睡眠期间三个区域的大脑活动：负责记忆和导航的海马体、运动皮层和前额叶皮层 (PFC)。

在 13 天的时间里，一种模式出现了。

首先，在称为“快速学习”的过程中，PFC 与海马体协调，可能使动物能够感知其相对于周围空间的运动及其在该空间中的位置。在这个阶段，大脑似乎在探索和比较在练习任务时创建的所有动作和模式。

其次，在一个称为缓慢学习的过程中，PFC 似乎做出了价值判断，这可能是由任务成功时激活的奖励中心驱动的。它与运动皮层和海马体进行串扰，调低与失败相关的信号，调高与成功相关的信号。

最后，随着这些区域的电活动变得同步，海马体的作用减弱，大脑记录为奖励的实例出现，它们被存储在我们所谓的“运动记忆”中。

当老鼠最初学习这项任务时，它们的大脑信号嘈杂且杂乱无章。随着时间的推移，Ganguly 可以看到信号同步，直到大约 70% 的时间老鼠都成功了。在那之后，只要成功水平稳定，大脑似乎就会忽略错误并保持运动记忆。换句话说，大脑开始预期一定程度的错误并且不更新运动记忆。

就像 NBA 球员一样，老鼠掌握了一种基于世界运作方式的心智模型的技能，这种心智模型是它们根据重力、空间和其他线索的物理经验创建的。但这种运动学习不会轻易转移到线索和物理环境不同的情况下。

“如果一切都改变了，例如，如果斯蒂芬·库里在‘阿凡达’的世界里，他最初看起来可能不会那么熟练，”甘古利说。

改掉习惯的最好方法

如果 Curry 伤了手指并且不得不学习以不同的方式投篮怎么办?研究给出了答案。

“忘记一项任务是可能的，但要做到这一点，你必须将情况强调到你犯错误的程度，”Ganguly 说。

当研究人员对老鼠的颗粒获取任务稍作改变时，老鼠会犯更多的错误，研究人员在老鼠的大脑活动中看到更多的噪音。

变化非常小，老鼠不必一直回到学习的开始，只需回到“转折点”，然后从那里重新学习任务。

但是，由于运动记忆作为一组在时间上相互跟随的动作而根深蒂固，Ganguly 说，在复杂的运动中改变运动记忆，比如罚球，可能需要改变用于启动整个序列的动作。

如果 Curry 通常在投球前将篮球弹起两次，Ganguly 说，“最好通过只弹起一次或三次来重新训练大脑。那样的话，你就会从头开始。”

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