我們學騎車、彈琴、熟練操作這類動作技能時,大多依靠反復練習慢慢形成肌肉記憶。長久以來大家普遍認為,睡眠中大腦鞏固各類記憶都離不開海馬體的調度。可矛盾的現象一直存在:有些人海馬受損,記不住過往經歷,卻依然能學會新動作、掌握技能。這就引出一個關鍵疑問:技能類記憶的鞏固,難道不需要海馬參與?
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基于此,倫敦大學Marcus Stephenson-Jones在《Nature neuroscience》雜志發表了“Replay of procedural memory is independent of the hippocampus”,揭示了程序性記憶的重放不依賴海馬體。
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睡眠是鞏固所有記憶的關鍵,靠“離線神經重放”完成。過去認為重放全都由海馬發起、統籌全腦記憶。但現有研究說法矛盾:海馬到底要不要參與技能類記憶的鞏固?本研究發現大腦有兩套互不干擾的記憶鞏固通路,技能記憶不靠海馬,能獨立完成重放鞏固。
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圖一 紋狀體是動作記憶的核心腦區
作者給小鼠設計了一套按固定順序戳孔洞拿獎勵的動作任務,練熟后小鼠動作會變得穩定規整。
分別損毀不同紋狀體區域后發現,只有背外側紋狀體(DLS)受損時,小鼠沒法不靠燈光提示、單憑記憶完成動作;背內側紋狀體受損卻毫無影響。
之后在小鼠每日訓練完睡覺前,往 DLS 注射阻斷突觸可塑性的藥物 AP5,第二天小鼠技能直接退步;連續多天給藥,已經學會的動作也會持續變差。這證明 DLS 既是學習、執行動作記憶必需腦區,睡眠中該腦區的離線神經活動,也負責鞏固和保住習得的動作技能。
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圖二 紋狀體自主回放技能信號
實驗發現:小鼠睡著時,紋狀體就會回放練動作時的神經信號,回放可快可慢、分正向和反向;和動作相關、穩定活躍的神經信號會被優先回放。
睡眠紡錘波能提升回放頻率,但不是產生回放的必要條件。作者使用的PP-Seq 算法檢測回放比傳統方法更精準可靠,這類睡眠回放既能記住整套動作順序,也能優化動作細節。
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圖三 紋狀體回放無需海馬參與
既然紋狀體回放和海馬回放看著很像,作者想確認海馬是不是紋狀體回放的必需開關。
作者徹底毀掉小鼠的海馬,結果發現小鼠學動作、完成任務的能力完全不受影響。
再記錄它們紋狀體的睡眠信號,發現回放的速度、正反比例、序列順序、優先激活的神經元,所有特點和正常小鼠一模一樣。
也就是說,紋狀體自主產生動作記憶回放,全程不需要海馬參與調控。
總結
該研究打破海馬統籌所有記憶鞏固的傳統認知,證實大腦存在獨立的技能記憶鞏固通路,為運動康復、記憶障礙相關研究提供全新神經機制依據。
文章來源:
https://doi.org/10.1038/s41593-026-02362-5
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