睡眠的角色──關於記憶與學習

圖片來源：asianscientist.com

原出處：Ex­a­mi­ning Sleep’s Roles in Me­mo­ry and Learn­ing¹
原作者：Ash­ley P. Tay­lor

睡眠能幫助記憶和學習幾乎是眾所皆知的事；舉例來說，一群學習後小睡片刻的人，與一群學習後仍保持清醒的人，相較起來，前者在後續的學習測驗中表現得較好。

然而，這個看似普遍的現象，其實存有許多尚缺解釋的表現差異。加州大學睡眠研究者莎拉·麥迪尼克（Sa­ra Med­nick）思考：「睡眠時到底還有什麼東西在運作著，而能幫助人們的記憶？」她向《科學家》表示（The Sci­en­tist）。最後，麥迪尼克和同事們在 P­N­A­S 發表的論文（2016.6.13）顯示，自律神經系統（au­to­no­mic ner­vous sys­tem）可以解釋如此表現差異的一大部分。這些研究者不只量測睡眠中的腦電波，他們還量測心率電波，也就是自律神經系統活動的指標；他們發現，在小睡後的記憶力與創造力測驗中的表現差異，有相當程度可以由心跳速率（beat-to-beat va­ri­a­tion）的變化解釋。

在現有文獻之上，這些研究者在探討睡眠對記憶之重要性時，更進一步地檢測睡眠時身體做了什麼，而不只侷限於腦部的活動。

「這個額外的量測（心率變化），可能得以協助解釋在睡眠固化記憶的文獻中所存在的種種矛盾。」麻州大學睡眠與認知研究者蕾貝卡·史賓莎（Re­bec­ca Spen­cer，未參與此研究）在郵件中表示：「或許我們在睡眠生理學上過度聚焦於中樞神經系統（cen­tral ner­vous sys­tem），而忽略了自律神經系統的重要性。」

布朗大學睡眠研究學者賈里德·薩利坦（Ja­red Sa­le­tin，未參與此研究）告訴《科學家》：「在現有文獻之上，這些研究者在探討睡眠對記憶之重要性時，更進一步地檢測睡眠時身體做了什麼，而不只侷限於腦部的活動。」

在更早以前，麥迪尼克的團隊發現休息有助於人們在遠距聯想測驗（Re­mote As­so­ciates Test，縮寫為 RAT，為一種創造力量表）的表現，在這個測驗中，受試者會被給予三個詞（如 coo­kies、six­teen、heart），並被要求提供與這三個詞相關的第四個單詞（在這個範本中回答可能是 sweet）。此研究的參與者先進行一次 RAT 和一次類推測驗（a­na­lo­gies test），分為兩組，分別小睡 90 分鐘或保持清醒，之後再做一次 RAT。在第二輪 RAT 中，有些題目是全新的、有些與第一次測驗重複，另外一些題目稱作「致敏題目」（primed ques­tions），其題目為全新設計，但受試者先前在類推測驗有相同的答案。在與前次 RAT 重複的問題中，兩組的進步程度相當；而在致敏題目中，只有睡眠進入快速動眼期（ra­pid eye move­ment，REM）的人們有所進步；至於在全新的題目，則沒有任何一組的表現有進步。

其他研究團隊同時納入人類與動物模型，發現了副交感神經系統（自律神經系統中的一支）的活動與記憶之間的連結。另外，研究者證實清醒的受試者的心率變異度（heart-rate va­ri­a­bi­li­ty）與認知功能有正相關。薩利坦解釋道：「心率變異越大表示心臟處於越放鬆的狀態，說明此時自律神經系統的活動較低。若心率變異度低，則表示心臟處於更活躍的工作狀態：其為壓力較大的情況，故心臟的負荷較大。」

麥迪尼克和同事結合上述兩項發現，推論高頻的心率變化可以代表副交感神經系統的活躍程度，因此她們著手測試心率變化是否能與睡眠時的記憶固化產生連結。

在這次的研究中，他們仍使用 RAT 來設計實驗，不過除了以腦電波圖（ECG）監測大腦活動，也以心電圖監測心臟活動。接著，他們比較有小睡者與沒有小睡者的表現，發現有小睡者在致敏題目中表現得較沒有小睡者佳，而兩組在重複或新的題目的表現則無顯著差異。

睡眠作為唯一變數時，有 46% 的致敏題目表現差異能夠被解釋；若同時納入睡眠與心率的變數，則能被解釋的程度將提升至 73%

除此之外，研究者運用迴歸分析（re­gres­sion a­na­ly­sis）來尋找實驗因子與第二輪 RAT 表現進步程度的相關性：首先納入睡眠變數，接著則納入睡眠與心率變異的變數。值得注意的是，第二輪 RAT 的表現差異，大部分可以由睡眠期間的心率變異解釋。睡眠作為唯一變數時，有 46% 的致敏題目表現差異能夠被解釋；若同時納入睡眠與心率的變數，則能被解釋的程度將提升至 73%。同樣地，第二輪 RAT 中重複題目表現差異可以被解釋的程度，若納入心率變異可以從 26% 提升至 58%。

「目前而言，這只是一個相關性研究而無法指出因果關係。」 瑞士洛桑大學睡眠與記憶研究者安妮塔·呂蒂（A­ni­ta Lü­thi，未參與此研究）以郵件告知《科學家》。

呂蒂也指出這個研究的限制：「此研究採用一個同時涵蓋記憶與創造力的試驗，如果以較單純的陳述性記憶試驗來探究心率變異的角色，將會更加有趣，」她表示。「越複雜的試驗設計，分析時就必須將受試者的智商、動機等更大比例地納入考量。」

麥迪尼克的團隊已經著手進行下一項研究：嘗試阻斷或增加睡眠中副交感神經系統的活動，以檢視這些介入對於記憶的影響。