睡觉时大脑在做什么？《Nature》子刊揭示慢波与快速眼动睡眠在记忆抽象化中的差异化角色

睡眠中，大脑并非安静地休憩，而是在忙碌地重演、筛选与重构白天的经历。越来越多的证据表明，睡眠不仅巩固记忆，更能将具体的个体经验转化为抽象的类别知识——这一能力是人类学习与认知灵活性的核心。例如，见过若干只不同的狗之后，我们能够形成“狗”这一概念，而非仅仅记住某一只狗的毛色或体型。这种从具体到抽象的跃迁，究竟如何在睡眠中悄然发生？

睡眠的两个关键阶段——慢波睡眠与快速眼动睡眠——长期以来被推测在这一过程中扮演重要角色。然而，围绕它们的关系，理论界存在持久争议：是分工明确的“独立角色”，还是协同完成的“互补角色”？它们在记忆从细节向类别转换的过程中各自承担何种功能，尤其是从神经动态层面如何实现这种重构，尚缺乏直接的实验证据。

为此，北京师范大学、华南师范大学、香港大学等团队在《Communications Biology》发表研究，首次采用整夜睡眠脑电记录结合表征相似性分析的方法，从神经表征的动态变化入手，揭示了慢波睡眠与快速眼动睡眠在记忆转换中的差异化贡献。

研究招募了34名健康成年被试，所有被试均无神经或睡眠障碍史，视力或矫正视力正常，听力正常，且均为右利手。实验采用经典的词-图配对学习范式：被试在学习阶段需要记忆96对词-图关联，随后在睡眠前后分别完成记忆提取任务。

图1 睡眠期间记忆表征转换的实验范式与分析框架。(A) 实验流程包括睡前学习、睡眠期间靶向记忆再激活及睡后记忆测试，全程同步记录脑电图；(B) 会话内与会话间表征相似性分析分别考察学习与提取阶段内/间的项目水平与类别水平表征，通过比较项目内、类别内及类别间相似性量化表征转换；(C) 睡眠阶段交互作用示意图：SWS*REM反映互补作用，REM/SWS反映分化作用(SWS：慢波睡眠；REM：快速眼动睡眠)。

睡眠期间的脑电信号采集采用标准化多导睡眠监测系统，结合64通道脑电设备（ANT Neuro）进行整夜记录，采样率为500 Hz。同步记录的还包括眼电与肌电信号，以辅助睡眠分期。睡眠阶段的划分由自动分析工具初步完成，并辅以专家人工校验，确保分期结果的准确性。

行为测试结果显示，经过整夜睡眠后，被试仍能较为准确地回忆具体的学习项目，表明外显记忆得到了有效保留。然而，神经层面的发现却呈现出截然不同的图景：睡后提取阶段，反映具体细节信息的项目水平神经表征已不再可被稳定检测到，而代表抽象类别的类别水平表征依然保持显著。这一结果表明，记忆在睡眠中并非简单保存，而是经历了神经格式的主动重构——从具体细节向抽象类别迁移。

图2 睡后成功回忆项目在睡前学习阶段与睡后心理提取阶段内的神经表征

进一步分析揭示了两种睡眠阶段在记忆转换中的差异化角色。研究发现，快速眼动睡眠在记忆抽象化过程中发挥了核心推动作用：REM睡眠时长相对于慢波睡眠时长的比例越高，项目水平表征的削弱程度与类别水平表征的增强程度就越明显。相比之下，两种睡眠时长的乘积与表征转换程度之间并无显著关联。这一结果直接支持了“功能分化”假说，即慢波睡眠与快速眼动睡眠并非简单的协同互补关系，而是各自承担着不同的记忆加工任务。

图3 慢波睡眠与快速眼动睡眠在记忆表征转换中的交互功能作用

在神经振荡层面，研究发现了更加精细的机制差异。REM睡眠期间，前额叶区域的theta与beta振荡活动，与项目水平表征的减弱及类别水平表征的增强均呈正相关。换言之，REM阶段的这些振荡越强，记忆的抽象化转换就越彻底。与此形成对照的是，慢波睡眠期间占主导地位的慢振荡活动，反而与类别表征的增强呈负相关。这一发现提示，不同睡眠阶段可能通过各自特异的神经振荡模式，分别执行着“促进抽象整合”与“防止过度泛化”的差异化功能。

图4 睡眠脑电功率与记忆表征强度变化的关系

睡眠不仅是身体的休憩，更是记忆的认知重构过程。本研究发现，慢波睡眠与快速眼动睡眠在记忆中分工明确：前者倾向于维护具体细节的保真度，后者则主动推动记忆从具体经验向抽象类别转化。二者的差异化协作，使记忆不再停留于个体事件的简单保存，而是在睡眠中完成了从“经历”到“知识”的质变。

文章信息

引用：Liu, J., Chen, D., Xia, T., Zeng, S., Xue, G., & Hu, X. (2025). Slow-wave sleep and REM sleep differentially contribute to memory representational transformation. Communications Biology, 8(1), 1407.

DOI: 10.1038/s42003-025-08812-3