3.1 叙述式学习机制及海马区学习机制

　　虽然对于程序性学习来说，睡眠依赖性记忆巩固现象似乎是确定存在的，但是对于叙述式记忆来说却没有什么证据支持这种观点。叙述式记忆的形成需要大脑海马区和内侧颞叶区（medial temporal lobe）的参与。叙述式记忆主要是对一些事件和事实的记忆。对叙述式记忆是否具有睡眠依赖性记忆巩固作用的研究通常都是检测诸如对无意义音节的记忆或者对词对的关联记忆。

　　早在1885年，我们就知道与觉醒状态下相比，在睡眠状态下能更好地维持叙述式记忆。但是当时人们认为，这是因为在白天觉醒状态下会有其它事情干扰记忆，而晚上睡觉的时候记忆没有被干扰。因为这种记忆不会随着时间的流逝而加深，所以研究人员都想在记忆的稳定和增强过程以及记忆干扰和丢失过程之间找到一个平衡点。直到不久前，大部分词对关联记忆研究都没有发现睡眠对叙述式记忆有什么好处。虽然我们还不清楚SWS睡眠在记忆巩固过程中起什么作用，但是最近的一系列研究表明，在睡眠早期，主要是SWS睡眠期，会对叙述式记忆的稳定作用有帮助，可能还对记忆的增强作用有帮助。在夜晚，人体内皮质激素类应激性激素的水平最低，在此时给予该激素会抑制睡眠对词对关联记忆的帮助作用。同样，在夜晚，乙酰胆碱的水平也是最低的，如果此时给予胆碱酯酶抑制剂也会抑制睡眠对词对关联记忆的帮助作用。其它研究也发现，II期NREM睡眠的脑电波信号与夜晚对非文字记忆（verbal memory）的加强作用有关。尽管如此，还是有人认为，这种记忆增强作用只是因为在SWS睡眠期没有干扰信号的刺激，所以才会“被动”地被加强。因此，我们仍然不清楚睡眠是否能巩固叙述式记忆。

　　另一种研究叙述式记忆的方法是研究海马依赖性的空间记忆（hippocampus-dependent spatial memory）。参与虚拟导航任务的志愿者也表现出睡眠相关性的成绩提高现象，而且这种成绩提高现象与SWS睡眠期海马区的活跃程度增加有关（r=0.94, P=0.005）。借助PET对这种睡眠中的记忆再激活作用进行检测，同时结合大量动物数据，发现在处理空间任务时海马区神经元活跃程度的时间模式在SWS睡眠期和REM睡眠期又再次重复出现。在人体视觉分辨力检测（human visual discrimination task）结果中发现，在SWS睡眠期画面重现的时间要比在REM睡眠期早，而且只有在SWS睡眠期重现的画面是按时间轴高度压缩过的，在REM睡眠期没有这种现象。

　　其它的大鼠旋臂（radial arm）试验和Morris水迷宫（Morris water maze）试验也都发现了REM依赖性空间记忆巩固作用。因此，虽然有关人类的证据还不多，但是已经有足够的证据表明睡眠对于海马区依赖性的空间记忆具有巩固作用。

　　令人吃惊的是，虽然人体研究已经表明SWS睡眠在海马区依赖性的叙述式记忆巩固过程中的作用，但是大鼠试验却表明REM睡眠才起到关键的作用。其中可能的解释来自于一项人体试验，该实验发现，REM睡眠对于充满了情感的叙述式记忆才有巩固作用。在这个实验中，对情感的回忆在REM睡眠期得到了增强（P<0.001）；而不带感情色彩的回忆在REM睡眠期则没有增强（P=0.58）。因此，大鼠试验中在REM睡眠期得到巩固的记忆可能表示它正在经历感情的折磨。

　　综上所述，即使没有太多的证据，我们也可以得出结论，叙述式记忆和海马区记忆都与前述程序性记忆一样。至少有一些叙述式记忆和海马区记忆是会在睡眠期得到巩固的，而且在某些情况下，这种巩固过程是与某种特定的睡眠有关的。但是还是存在同样的一个问题，即我们还是不知道是哪些因素决定了这些记忆具有这种睡眠依赖性的记忆巩固过程，我们也不知道哪些阶段（时期）的睡眠参与了这种记忆巩固过程。与否认睡眠只是防止了干扰信号的作用这种机制相比，我们还不能确定睡眠是否真的在记忆巩固过程中起到了积极的作用，这才是更为基础的问题。

　　3.2 复杂的认知程序性学习机制

　　迄今为止，所有的实验数据都表明，实验越复杂越高级，我们就越难相信睡眠依赖性记忆巩固作用。难道睡眠真的不能帮助我们加强复杂的记忆吗？答案是否定的。暂且不论运动技能形成了舞蹈和音乐的基础，人类特有的表达方式以及其它更为复杂的运动技能都表现出睡眠依赖性的增强作用。好几项研究都显示，睡眠能够帮助人类独有的复杂的认知程序性学习。

　　图5a中展示了河内塔问题（Tower of Hanoi task）。受试者在接受训练后1周再次参与实验，结果成绩提高了40%（P=0.03）。但是，如果在训练后减少了志愿者的REM睡眠时间，他们的成绩就不会提高这么多了。

　　图5b展示的是另一个复杂的程序性学习题目，志愿者先学习了一种复杂的算法来解决一组数学难题。但研究人员没有告诉他们实际上还有一种简单得多的解法。结果，在12个小时之后的再次测试中，有一些人就会用这种更简单的方法解题。经过一夜的睡眠之后，志愿者发现这种更为简单方法的可能性会翻倍（图5b右侧图，P=0.01）。因此，睡眠能增加发现新方法的可能性，即使志愿者并不知道有这种新方法存在。

　　这些研究都表明，在记忆巩固过程中睡眠能起到更为复杂精细的作用。人们可以从所处的环境中发现新的、更为复杂的规律，形成记忆网络并加强这种网络作用。不过，睡眠是否对更为高级的人类认知活动也具有类似的作用还在探讨之中。

　　4. 其它证据

　　上文中我们一直在集中讨论有关睡眠依赖性记忆巩固作用的人类行为学证据。但是，还有其它研究也提供了证据，支持睡眠在经验依赖性大脑塑造方面起到了重要作用。

　　4.1 分子证据

　　在大鼠实验中，觉醒状态下和睡眠状态下的基因表达呈现一种状态依赖性的调控作用。高密度芯片实验数据表明，在大鼠大脑皮质和小脑中都表达的基因中，有10%与昼夜功能有关，而这其中又有一半是特异性的受睡眠-觉醒状态控制的。有几个基因，包括编码钙调节蛋白依赖性蛋白激酶IV（CaMKIV）的基因和编码细胞钙调蛋白神经磷酸酶（calcineurin）的基因，这些基因在睡眠期表达上调。我们认为这些基因与大脑可塑性和记忆巩固过程有关。其它基因与细胞膜及髓鞘合成和维持作用有关。此外，这些睡眠期表达上调的基因还以一种行为依赖性的方式上调。立即早期基因zif-268是参与活性依赖性突触可塑性过程的基因，如果实验动物暴露在丰富环境（enriched-environment）中，那么该基因在REM睡眠期会被诱导表达（图6）。该基因也在REM睡眠期受海马区长时程增强作用（long term potentiation）诱导表达，最开始在杏仁核区、内嗅区和听觉投射区表达，随后到了REM睡眠期则在躯体感觉及运动皮层区表达。

　　4.2 细胞学证据

　　睡眠对猫和大鼠视觉系统正常的经验依赖性可塑性调控过程（experience-dependent plasticity）有所帮助。如果遮挡小猫一只眼睛6小时，就会降低大脑皮质神经元对该眼光信号的反应性。如果在遮挡后让小猫再睡6个小时，而不是让小猫在黑暗的环境中醒着呆6个小时，那么上述反应性降低的效果会更明显，就好像继续遮挡了6个小时一样。同样，在大鼠试验中，如果剥夺REM睡眠，那么大鼠视觉系统经验依赖性可塑性调控过程的关键时段会延长。

　　4.3 神经生理学证据

　　正如前面提到的那样，在空间导航测试中看到的海马区神经元活跃现象在随后的睡眠过程中又再次出现。同样的现象也发生在斑胸草雀的歌唱系统中。斑胸草雀歌唱时的神经元活化现象在它们睡觉时也会出现。这时，睡眠会让歌唱质量暂时下降，但是这种暂时的下降会提高整体的学习能力。该现象说明，睡眠在平衡记忆稳定过程（记忆歌唱）和重塑大脑，以及进一步改善学习能力的过程中起到了重要作用。

　　4.4 大脑成像证据

　　视觉表面特征分辨实验和手指触碰试验都发现，与任务完成相关的大脑区域局部活跃程度会随着时间而发生改变，而经过一晚的睡眠之后，人体会对参与视觉分辨和运动顺序学习的大脑相关区域进行重组。正如我们猜想的那样，睡眠会增加大脑视觉相关区域和运动相关区域的活跃程度，但是大脑边缘叶（limbic）、额叶（frontal）和顶叶（parietal）等区域也发生了变化。这说明，睡眠能通过改变大脑工作的策略，调动更多的自动行为来改善测试成绩。

　　4.5 梦境证据

　　睡眠依赖性记忆巩固作用还有一个出乎我们意料之外的证据，那就是——梦。哪怕只是根据一个受试者的梦境报告、芯片基因表达谱数据、单细胞及神经网络信号记录证据以及大脑成像数据等等，我们也可以对睡眠中大脑的活跃情况有所了解。有两项这种研究发现，在人做梦时并没有出现情节记忆再现的情况，这可能也出乎大家的想象。当让受试者从梦境中找出白天发生的事件元素时，我们发现，只有不到2%的情节记忆元素会在梦境中重现。

　　在第二项对入睡初期梦境进行的研究中发现，一直在玩Tetris电脑游戏的受试者报告，他们在梦境中看到了游戏的画面，但是仍然没有出现情节记忆再现的情况。患有重度遗忘症的受试者也参与了这个实验，他们根本不记得玩过游戏，但也报告在梦境中看到了游戏的画面，不过仍然没有出现情节记忆再现的情况，这个实验结果进一步证实了前面的结论。这两个实验结果表明，梦境的构建并不需要海马区控制的情节记忆的参与，在梦境中只会出现抽象的图像来表示代表白天事物的关键性元素。

　　PET检测同样证实，没有情节记忆出现，因为在睡眠时，尤其是REM睡眠期，与记忆重现有关的额前皮质背外侧区（dorsolateral prefrontal cortex）处于不活跃状态。动物实验也表明，在REM睡眠期，海马区向皮质区传递的信息流也被“截断”了。

　　5. 总结

　　在过去的10年里，我们对于睡眠与记忆的了解有了一个爆炸式的增长。我们发现，睡眠对于记忆巩固的确是有帮助作用的。表1中就列举了几个例子，这些例子用不同的检测方法都表明如果干扰睡眠，就会影响到程序性记忆任务的完成情况。在这6个例子中最值得关注的是，所有项目的相关性都在0.56至0.95之间，平均r2=0.69，这在记忆巩固研究中是非常好的一个结果。

　　6. 未来发展方向

　　虽然我们取得了一些成果，但是还有一些问题没有解决。比如在睡眠时，哪种记忆得到了巩固？我们现在有足够的证据表明，有一些（不是全部）程序性学习在睡眠时的确得到了巩固，我们也有部分证据表明，陈述性记忆在睡眠时得到了巩固。但是还是不清楚究竟是何种机制在控制哪些记忆得到巩固。而且，我们也不知道在睡眠时发生了哪种巩固。睡眠依赖性记忆巩固作用何时出现，在夜晚的什么时候出现，在哪一期睡眠时出现，我们都不知道。最后，为什么这种记忆巩固过程只发生在睡眠时，这也需要我们研究。在下一个10年里，寻找上述问题的答案就是我们工作的重点。而且我们还是不知道什么是“带着问题入睡。”