德国弗里堡大学等机构研究表明睡眠质量的差异是导致老年人记忆力差的重要因素,而日本一项研究表明年龄造成的昼夜节律失调可被NMN等NAD+前体改善。

  睡眠是巩固大脑记忆和恢复免疫力等身体机能的重要过程。当人们纠结于是否该牺牲睡眠来工作和学习时,身体已给出明确答案:熬夜对记忆力具有毁灭性影响。

图1: 睡眠是巩固大脑记忆和恢复免疫力等身体机能的重要过程

图1: 睡眠是巩固大脑记忆和恢复免疫力等身体机能的重要过程

  人类的记忆分为两种,陈述性记忆(用于记忆情景和语义,比如学习记忆知识)和非陈述性记忆(包括程序性记忆和情绪性方面的记忆,往往不需要意识的参与,比如学骑自行车和打针会痛等)。

  其中,陈述性记忆的形成依赖于大脑中一个被称作海马体(Hippocampus)的区域。海马体因形似海马而得名,它会对新信息作出反应,形成“短时(临时)记忆”。

图2: 大脑结构(图中蓝色部分为海马体)

图2: 大脑结构(图中蓝色部分为海马体)

  在海马体内生成的短时记忆需要通过一个记忆巩固过程,将记忆转运到大脑皮层中,才能形成人们常提到的“永久记忆”或“长时记忆”。 这一巩固过程主要是在睡眠中进行的。如果“海马-皮层”连接受到损伤,人们会失去把新信息存入“永久记忆”的能力,或许几分钟之前发生的事情都记不起来,只能回忆起遥远的往事,这些人也被称为“活在过去的人”。

  睡眠时,睡眠的深浅与眼球转动的速度相关。人类的睡眠表现为非快速眼动睡眠(NREM, Non-rapid eye movement,即深度睡眠)与快速眼动睡眠(REM, Ripid eye movement)交替。其中参与到上述记忆巩固过程的,主要是深度睡眠阶段。来自日本奈良科学技术研究院的Nakahata等人发表在《国际生物医学杂志》(BioMed Research International)的研究发现NAD+(Nicotinamide Adenine Dinucleotide,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)分子水平会随着睡眠周期而振荡,参与调控昼夜节律。与年轻的老鼠相比,年老的老鼠细胞中的NAD+含量要低得多,使睡眠节律失调,通过补充NAD+的前体物质NMN等是提高睡眠质量、维持记忆力的潜在治疗手段 1。

图3: 德国马克斯·普朗克人类发展研究所

图3: 德国马克斯·普朗克人类发展研究所

  2020年4月,来自德国马克斯·普朗克人类发展研究所(Center for Lifespan Psychology, Max Planck Institute for Human Development)的神经科学家Muehlroth等人在《神经成像》(Neuroimage)期刊发表的一项研究证明,与年轻人相比,老年人的慢波睡眠(SWS)(也就是深度睡眠时长)显著减少,记忆巩固能力也更弱,短时记忆难以形成长时记忆,这一现象在中等质量记忆中表现得尤为明显 2。

图4: 自德国马克斯·普朗克人类发展研究所的神经科学家Muehlroth等人在《神经成像》期刊发表的一项研究证明,与年轻人相比,老年人的慢波睡眠(SWS)(也就是深度睡眠时长)显著减少,记忆巩固能力也更弱,短时记忆难以形成长时记忆,这一现象在中等质量记忆中表现得尤为明显。

  图4: 自德国马克斯·普朗克人类发展研究所的神经科学家Muehlroth等人在《神经成像》期刊发表的一项研究证明,与年轻人相比,老年人的慢波睡眠(SWS)(也就是深度睡眠时长)显著减少,记忆巩固能力也更弱,短时记忆难以形成长时记忆,这一现象在中等质量记忆中表现得尤为明显。

  上了年纪后人们时常感觉睡眠变得更“支离破碎”。随着年龄的增长,白天疲劳和小睡的需求量显著增加。通过睡眠监测设备来评估年轻人和老年人的睡眠水平,会发现老年人的深度睡眠时长显著低于年轻人,即非快速眼动睡眠的慢振荡和睡眠纺锤波更低。

  Muehlroth等研究者们还设计了一个有趣的背单词实验来对比研究年轻人和老年人的记忆力差异,过程如图5所示。实验开始前两晚(绿色虚线框部分),让受试者适应睡眠监测软件。实验开始后(橘色框部分)的第一天,让受试者观看旁边有一个单词的图片(单词和图片内容无关),反复学习之后,隐去单词,只看图片让受试者回想图片对应的单词,检测受试者的短时记忆情况。第一天学习当晚,持续监测睡眠情况。实验第二天,不经过任何学习,直接隐去单词,只看图片让受试者回想图片所对应的单词,检测受试者的长时记忆情况。

图5:记忆和睡眠相关实验设计流程

图5:记忆和睡眠相关实验设计流程

  通过上述的实验,科学家们发现:在第一天的学习后立刻回忆的情况下,年轻人(图6橙色)和老年人(图6蓝色)的学习表现无明显差异。随着重复循环学习次数增加,二组人的记忆准确率均明显提升,年轻人和老人无明显差异。然而,经过一夜的睡眠过后,年轻人和老年人的学习表现开始有所差异,对于只学习一次的,相对比较弱的记忆,二者无明显差异,而对于循环学习两次和多次的记忆,学习当时记忆比较好,经过一夜后,年轻人依旧记得的单词数目显著高于老年人,其记忆维护能力显著高于老年人。

图6:老年人在记忆维护能力上表现欠佳(A)短时记忆情况,即第一天的学习表现。纵坐标为正确记忆的百分比,橙色代表年轻人,蓝色代表老年人,左中右依次代表循环学习1次,2次和3次,两组的学习表现在重复循环学习后都有所增加,且无明显差异。(B)长时记忆情况,即第二天过夜后的学习表现。纵坐标为正确记忆的百分比,橙色代表年轻人,蓝色代表老年人,左中右依次代表循环学习1次,2次和3次,记忆质量为偏弱,中等和偏强,年轻人在中等和偏强记忆层面显著强于老年人。

图6:老年人在记忆维护能力上表现欠佳

  (A)短时记忆情况,即第一天的学习表现。纵坐标为正确记忆的百分比,橙色代表年轻人,蓝色代表老年人,左中右依次代表循环学习1次,2次和3次,两组的学习表现在重复循环学习后都有所增加,且无明显差异。(B)长时记忆情况,即第二天过夜后的学习表现。纵坐标为正确记忆的百分比,橙色代表年轻人,蓝色代表老年人,左中右依次代表循环学习1次,2次和3次,记忆质量为偏弱,中等和偏强,年轻人在中等和偏强记忆层面显著强于老年人。

图7: 德国马克斯·普朗克人类发展研究所

图7: 德国马克斯·普朗克人类发展研究所

  综上,德国神经学家Muehlroth等人提出深度睡眠的差异可能是老年人健忘的一个重要因素。衰老可能会导致深度睡眠中断,从而影响记忆巩固,而这一现象在中等质量的记忆中最为普遍。改善睡眠质量可能是改善老年人记忆力下降的又一突破口。未来可以通过研发改善睡眠质量的药物来改善老年人的记忆力下降,来自日本的Nakahata等人的研究结果恰好为这一愿景提供了可能。通过补充NMN等NAD+前体或许会成为改善睡眠质量、提升老年人记忆力的一个全新的方向。

  参考文献

  1. Nakahata, Y. & Bessho, Y. The Circadian NAD+ Metabolism. Impact on Chromatin Remodeling and Aging. BioMed research international 2016, 3208429; 10.1155/2016/3208429 (2016).

  2. Muehlroth, B. E. et al. Memory quality modulates the effect of aging on memory consolidation during sleep. Reduced maintenance but intact gain. Neuroimage 209; 10.1016/j.neuroimage.2019.116490 (2020).

  文章来源:https://www.nmn.cn/news/me04n