在入睡后的15分鐘到45分鐘后，我們就會進(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)元會有短暫的高頻放電。

大量研究表明，深度睡眠對記憶的鞏固至關(guān)重要，與健康的睡眠相比，失眠會導(dǎo)致記憶力下降。

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

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科學(xué)家畢國強(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）放電時間差對突觸連接強(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)是一個復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng)，記憶存儲的過程中，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)突觸連接會越來越多，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)過度興奮，顯然不利于動力學(xué)系統(tǒng)維持穩(wěn)定狀態(tài)。

因此，2003年Tononi等提出了突觸動態(tài)穩(wěn)定假說（synaptichomeostasishypothesis），該假說認(rèn)為，清醒時突觸連接會增強(qiáng)，而深度睡眠時突觸連接會減弱，以此維持動力學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

STDP規(guī)則可以對清醒時突觸連接增強(qiáng)的現(xiàn)象做出合理的解釋，但對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，來自英國和巴西的科學(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象，通過光遺傳學(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，而單細(xì)胞記錄則用于測量postneuron的電活動。

研究者通過控制preneuron的放電時間與postneuron狀態(tài)之間的關(guān)系，共設(shè)計了8種實驗條件，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電活動的情況下，該突觸連接強(qiáng)度才會被保持，其他情況下突觸連接強(qiáng)度則會減弱。

研究者還利用計算神經(jīng)科學(xué)的方法對這種新發(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，用以維持整個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的突觸動態(tài)穩(wěn)定。醒來后，大腦便會以全新的狀態(tài)迎接新的學(xué)習(xí)和記憶。