「睡着了都在学习」,这可不光是学霸独有的本事

2017-09-21 03:27

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前沿:不要打扰睡着的婴儿,他们正在“学习” 李娟,知识分子,为更好的智趣生活

文章来自机构帐号:知识分子

►睡眠中的婴儿,图片来自http://human.cornell.edu

导语

刚出生的婴儿一天中的大部分时间都在睡觉,人们常说,睡得越多越聪明,这背后有什么科学依据呢?最近,德国科学家在 Current Biology 杂志发表的一项研究表明,婴儿在简单的学习之后睡上一觉,就能够记住刚接触到的词语。他们还发现,6 个月大的婴儿能够建立关于词汇语义的长期记忆。这项有 100 多名婴儿参与的实验是如何开展的?本文将给读者详细介绍。

撰文 | 李 娟

责编 | 叶水送

知识分子为更好的智趣生活 ID:The-Intellectual

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如果你指向一个物品,对婴儿说出它的名称,虽然他们不会表达,但已能够把这件物品和它的名称联系起来,这是否代表最早记忆力的形成呢?其实不然,这种关联能力仅仅是婴儿视觉和听觉的感知觉联系,在出生第一个月即可形成。之前有证据显示,婴儿最早从第九个月开始,才能够明白词语的真正指代语义,建立对相关词语的长期记忆。

在婴儿的早期发育中,从简单的感知觉认识到懂得词义的转变,受哪些因素影响呢?研究表明,睡眠有利于婴儿大脑记忆的重组,是影响婴儿记忆形成的重要因素,但其具体作用机制尚不清楚。

最近,德国科学家在 Current Biology 杂志发表了一项研究,研究者认为婴儿睡眠时建立的记忆是分段进行的。首先,研究者假设语义记忆的形成源于最初的感性认识,由此推测婴儿会在睡眠早期巩固对名词的初级感知觉记忆,在此基础上发展形成的真正词义的长期记忆,会在随后的睡眠时间里逐步建立。

实验开始之前,研究人员把婴儿分成两组:清醒组和睡眠组。清醒组的婴儿作为研究对照,预计在学习完的 3 小时内不会睡觉,睡眠组的婴儿预计在学习完 30 分钟之内会入睡。研究人员正是根据以上日常睡眠习惯来安排学习的时机。

睡眠可分为非快速眼动睡眠(non-rapid eye movements,NREM)和快速眼动睡眠(rapid eye movements,REM),其中非快速眼动睡眠又分为第 1 阶段、第 2 阶段和第 3 阶段(N1-N3)。研究者通过分析婴儿脑电图信息,汇总记录了婴儿每次睡眠的总时长以及各个睡眠阶段的时长。由于成人的陈述性记忆(指对有关事实和事件的记忆,其中知识点学习过程大多属于该范畴)是在非快速眼动睡眠时期得到巩固,因此,在记忆测试阶段,根据婴儿的单次非快速眼动期的持续时间,研究者对婴儿进行分组测试,以便验证记忆分段形成的可能性。其中短睡眠婴儿组时长约为 30 分钟,长睡眠婴儿组约为 50 分钟。

作为婴儿的视觉刺激样本,研究者选用了 104 张彩色图像。包括 8 类不同物品的照片,其余 96 张图像依此分为 8 类,每一类有 12 张相似物品的图像,其整体或细节的形状颜色各有不同,其中 8 张专为学习阶段设计,4 张专为记忆测试阶段准备。听觉刺激样本是含有 24 个双音节词的语音录音,针对 8 类不同物品又分成 3 组,随机选取 2 组按照相同模式缓慢播放给受试婴儿听。

►图 1 实验分为学习阶段(A)和记忆测试阶段(B)。

首先,在学习阶段(图 1 A),研究人员设置了两种不同的实验条件:一致配对条件和不一致配对条件。在之后的记忆测试阶段(图 1 B),研究者选取了学习阶段没有使用的另外 4 张同类别物体的图像,分别与正确匹配单词或者错误匹配单词同时出现,进而判断婴儿是否能够进行语义指代配对,产生学习记忆。

►图 2 研究者首先对婴儿进行“词语—图像”配对学习训练,接着记录婴儿睡眠时的脑电活动,婴儿清醒后再对婴儿进行记忆测试。

通过记录婴儿在学习、睡眠和记忆测试时的脑电图(EEGs)活动,分析事件相关电位(Event-Related potentials, ERPs),研究者得到了婴儿各个阶段大脑活动的数据,进而分析婴儿是否能够形成新词汇记忆(图 2)。

研究者发现在学习完成后,如果婴儿没睡觉,就不具备所学的单词配对能力,与作为对照的清醒组婴儿一样,他们没有产生长期学习记忆。

而经过短睡眠的婴儿所表现出的大脑活动,与 3 个月大的婴儿的大脑活动类似,也就是说,他们的单词配对学习更接近于初级感知觉认识。不过,6 至 8 个月大的婴儿经过短睡眠,能够把单词与学习阶段并未出现的新的物体图像相关联起来。

那些在学习完成后有着较长睡眠时间的婴儿,其大脑反应与相同实验条件下的 9-16 个月大的婴儿类似,表明他们已具备真正词义的长期记忆,并且能够产生对新物体图像的识别能力。

由此可见,婴儿的语言记忆能力的发育与睡眠时间的长短有着很大关系。较长时间的睡眠有助于婴儿形成词汇语义的记忆。

那么,哪一个睡眠阶段对记忆形成的贡献较大呢?通过对大脑活动的记录分析,研究者发现,婴儿长期记忆的形成发生在非快速眼动睡眠期的第二阶段(N2)。此阶段,人会进入无意识阶段,眼球不再运动,作梦极少出现,能否建立长期语义记忆与 N2 阶段的持续时间有关。具体来说,由初级感知觉转变为长期语义记忆的形成,需要一段较长的 N2 期(持续时间在 18-35 分钟)。

N2 期记录的脑电图中脑波偶尔会产生较快的脑波,即“睡眠纺锤波(Sleep spindles)”,睡眠纺锤波也是 N2 期的典型特征。通过对婴儿脑电图的进一步分析,研究者发现对物品类别词义的记忆形成与局部纺锤波的活动有关。

之前的观点认为未发育成熟的大脑在词语理解能力方面耗时较长,发展缓慢。这项最新研究表明,婴儿经历一段稍长睡眠期即可形成词汇记忆。值得注意的是,与以往的结论不同,该研究提示 6 个月大的婴儿大脑已经足够成熟,就能够储存词汇语义相关的长期记忆了。

睡眠能够有效地屏蔽周围环境的干扰,为重新梳理瞬时记忆提供了合适的条件,这是睡眠促进记忆重组的主要原因。与婴儿不同的是,成年人在清醒期间也能完成记忆,因为通过成熟地控制注意力,成人能够有效地处理外界干扰因素。

由此看来,不仅不能打扰睡着的婴儿,还要创造条件让婴儿睡好觉。因为它们是通过睡眠来变聪明的。原来“睡着了都在学习”,可不光是学霸独有的本事哦。

参考文献

Friedrich M, Wilhelm I, Mölle M, Born J, Friederici AD. The Sleeping Infant Brain Anticipates Development. Curr Biol. 2017 Aug 7;27(15):2374-2380.

制版编辑: 许逸|

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