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(duì)記憶的鞏固至關(guān)重要，與健康的睡眠相比，失眠會(huì)導(dǎo)致記憶力下降。

記憶存儲(chǔ)在神經(jīng)元之間的連接——突觸（synapse）中，因此，對(duì)深度睡眠中記憶的研究離不開對(duì)突觸的觀察和分析。

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

STDP規(guī)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(duì)突觸連接強(qiáng)度的影響，如果preneuron先放電，postneuron后放電，則連接強(qiáng)度增加，反之連接強(qiáng)度減弱。

大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，記憶存儲(chǔ)的過(guò)程中，一些突觸連接被增強(qiáng)，一些突觸連接強(qiáng)度沒有發(fā)生變化，如果隨著記憶數(shù)量的增加，大腦中的強(qiáng)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(tǒng)維持穩(wěn)定狀態(tài)。

因此，2003年Tononi等提出了突觸動(dòng)態(tài)穩(wěn)定假說(shuō)（synaptichomeostasishypothesis），該假說(shuō)認(rèn)為，清醒時(shí)突觸連接會(huì)增強(qiáng)，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(tǒng)的穩(wěn)定。

STDP規(guī)則可以對(duì)清醒時(shí)突觸連接增強(qiáng)的現(xiàn)象做出合理的解釋，但對(duì)深度睡眠中突觸連接減弱現(xiàn)象的解釋就顯得力不從心了。

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

該研究以小鼠為研究對(duì)象，通過(guò)光遺傳學(xué)和單細(xì)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(xì)胞記錄則用于測(cè)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(shè)計(jì)了8種實(shí)驗(yàn)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(jié)果表明：

-在下降狀態(tài)中，突觸可塑性仍遵循STDP規(guī)則。但下降狀態(tài)中電活動(dòng)非常稀少，所以并不能體現(xiàn)出深度睡眠中普遍的連接強(qiáng)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(qiáng)度才會(huì)被保持，其他情況下突觸連接強(qiáng)度則會(huì)減弱。

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

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