[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]重點提要
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]深夜了,索尼雅(化名)獨自一人在陌生的城鎮裡,試圖找到回家的路。地圖上顯示了一條穿過黑暗森林的路線,路上只有一盞偶爾會點亮的提燈。她有不好的預感,但看到路上還有其他人,於是決定走下去。她快速行走,接近前面的一對男女,突然他們停下來,轉身抓住她,男人用一塊布蓋住她的臉。接著她發現自己置身於一個舞台上,天花板鑲嵌著一面鏡子,一群持刀槍的男人圍著她,準備要折磨並殺害她。索尼雅撿起一塊石頭,投向天花板,天花板破裂並落下玻璃碎片,刺傷她的肩膀和腳。她逃進了森林,但那對能夠讀懂彼此心思的男女仍在追趕她。女人看到索尼雅的去處並告訴男人,索尼雅知道自己無處可逃。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]幾個月來,索尼雅大約每星期有兩個晚上會做這類惡夢,擾亂她的睡眠。這些可怕的夜晚讓她感到疲倦、易怒並情緒波動:這些是夢魘症(nightmare disorder)的症狀。該疾病可能單獨發生,也可能合併更深層的問題,例如創傷後壓力症(PTSD)或焦慮症。瑞士日內瓦大學醫院的睡眠專家決定讓索尼雅進行「想像重演」(imagery rehearsal)療法。索尼雅需要為惡夢創造一個正向的結局,並且每天練習。對夢境的新詮釋通常會轉移到睡眠中,減少惡夢的頻率。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]但這個技巧並非總是有效,因此索尼雅參與了一項研究,測試一個更加細緻的版本。這項試驗利用睡眠來強化記憶,做法是透過新的夢境敘述來改變記憶。接下來兩個星期,每天晚上五分鐘,索尼雅在家中一個安靜的地方放鬆身心,並且想像自己走過一條穿越森林的路徑,此路通向一扇門,門外是一片明亮、色彩繽紛的田野,讓人安心。當她和其他17位夢魘症患者透過耳機聽著每10秒鐘響起的一個鋼琴和弦,練習「想像重演」他們的新故事情節時,最終把這個聲音與新的敘事聯結起來。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]在這兩個星期,他們就寢時會戴著一個睡眠工程頭帶,該裝置能夠檢測受試者何時進入快速動眼(REM)睡眠期。在這個睡眠階段,眼睛會快速來回移動,這也是夢境最生動的時候。當受試者做夢時,頭帶經由頭骨傳輸了與他們在清醒時聽到的相同鋼琴和弦。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]在睡眠期間,大腦會重播白天的特定記憶,以將其刻印到神經元中,此過程稱為記憶固化(memory consolidation)。在上述惡夢研究中,鋼琴和弦讓受試者想起更快樂的夢境。研究主持人、日內瓦大學精神科醫生佩洛賈姆洛斯(Lampros Perogamvros)說:「我們希望增強這個特定的記憶。」
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]這種聯想使人們整體經歷的惡夢減少並且正向夢境增加。佩洛賈姆洛斯說:「即使你在清醒時只處理一個情景,任何主題的惡夢(例如遭追趕)都會減少。」研究人員在2022年發表的研究顯示,與對照組相比,聽到鋼琴和弦並練習「想像重演」夢境的人,效果顯著更強。至於索尼雅,她完全擺脫了惡夢,而且情緒也有所改善。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]操控睡眠可能是走出這個夢中森林的新途徑,無論困擾人們的是惡夢、情緒、記憶,還是運動技能的問題。美國哈佛醫學院認知神經科學家史提高德(Robert Stickgold)說:「睡眠是一段卸下防禦的時間,此時我們的執行控制(executive control)、理性思考、邏輯決策、衝動控制功能都會關閉。因此,在睡眠期間接收到的刺激會以不同的方式處理,可能更有效 。」
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]研究人員在受試者入睡時用來「介入」的技術相當多樣,包括對患者的大腦進行電刺激、讓患者暴露於提醒他們特定事實或經驗的聲音或氣味中,當中許多技術是為了探究睡眠在記憶和認知中的作用而設計。這些技術可能還有助於中風患者早日康復,或恢復因老化而喪失的記憶,甚至壓制與特定記憶相關的負向情緒,進而有助於緩解創傷後壓力、焦慮、憂鬱或其他心理健康狀況。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]西北大學記憶和睡眠研究人員派勒(Ken Paller)說:「我最近的希望之一,是找到新方法來幫助人們在起床時保持心情愉快。」為了使這些方法更實用且普遍,研究人員正在開發一系列可以在家中使用的睡眠工程設備。專家表示,其中一些設備還需要幾年才能進入臨床,但也提醒這可能具有潛在風險。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]加州大學洛杉磯分校神經科學家波伊(Gina Poe)表示,介入記憶可能會帶來意想不到的後果,例如破壞平衡並阻礙學習。「目前這個階段仍有風險,我們了解的還不夠。有點像是學步的孩子,我們可以走路,但不知道要去哪裡,也不知道如何避免危險。」
睡眠如何固化記憶[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]數千年前,即有學者推測睡眠可以固化記憶,在公元一世紀,羅馬作家和教師昆提利安(Marcus Fabius Quintillian)寫道:「只是經過一個晚上就大為增加記憶的力量。」過程的細節直到20世紀才變得清晰,腦電圖(EEG,在頭皮上放置一系列探針進行大腦活動記錄)的發明促成了各種研究,顯示睡眠中的大腦以自己的電生理節律運轉。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]人們的睡眠週期大約每90分鐘重複一次,通常在整夜的睡眠中經歷四到六個週期。第一個週期始於淺睡期,其中包括兩個明顯的階段。在第二階段,神經元產生稱為睡眠紡錘波(sleep spindle)的電生理訊號,名稱來自於當繪製隨時間變化的電位圖時,科學家覺得它看起來像繞在紡錘棒上的羊毛。接著逐漸進入深度的「慢波」睡眠,在這個階段,紡錘波仍持續,與此同時,慢速、具節律的電脈衝在大腦中掃過,並夾雜著高頻的漣漪波(ripple)突發。在第四階段的REM睡眠期中,大腦神經元的活動像白天一樣活躍且隨機,人們會體驗到情緒激動和奇異的夢境。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]研究人員推測,部份睡眠期間的大腦活動可能與記憶有關。在1970年代,當時在英國劍橋大學三一學院的計算神經科學家馬爾(David Marr)提出了有關大腦如何把新訊息與已經知道的事情整合的理論。在這個模型中,海馬回(位於大腦兩半球中形狀似海馬的結構)負責於白天儲存訊息。但記憶在睡眠期間仍然是脆弱的,當它們被重新強化並傳遞到大腦的皮層(或說外層)時,才會長期儲存並與其他記憶進行整合。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]在1994年一項具有里程碑意義的研究中,研究人員記錄大腦反應並顯示海馬回在慢波睡眠期會透過回放記憶來加強記憶。當一隻老鼠在清醒時於迷宮中尋找路徑時,其海馬回中神經元的活動模式顯示了老鼠在迷宮中的行蹤。當老鼠睡覺時,研究人員再次記錄其大腦活動,發現了相同的神經模式,就好像大腦正在複習穿過迷宮的路徑,以深化記憶。10年後,科學家透過正子斷層掃描(PET,可以檢測血流以推論神經活動的技術)獲得了人類於睡眠中記憶回放的證據:受試者在虛擬城鎮中學習迷宮路徑時的大腦活動區域,會在深度睡眠期重新活化,且活化程度與人們記憶路徑的能力相關。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]正如馬爾所預測,海馬回中記憶回放對於固化至關重要。這似乎是把某些記憶標記並放入保險庫,好讓其他日常瑣事遭忽略。史提高德說:「你去購物,但他們沒有小番茄……你不希望把這個記憶保留一輩子。所以幾乎所有事情都會被遺忘。睡眠的目的就是弄清楚你不想忘記什麼。」
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]到了21世紀初科學家已知,大部份深度睡眠的高電壓波動,源於大腦的決策中心,即前額葉皮質,像平靜海洋中的波浪一樣,從大腦的前部平穩且規律地向後移動。動物和癲癇患者(特別是在大腦植入電極以偵測癲癇發作的患者)的研究也發現了和記憶過程有關的其他睡眠期間節律,包括從海馬回發出的電生理活動漣漪波,這可能反映了神經回放,並且與來自視丘的睡眠紡錘波有一致的波谷。當人醒著時,這個中繼站選擇性地把來自感官的訊息發送到大腦皮質進行解釋;但當人睡著時,它會關閉大部份訊號,使人對周圍環境幾乎毫無察覺。有趣的是,根據波伊的發現,每分鐘的睡眠紡錘波數量與個人的學習能力有關。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]還有一個更引人注目的巧合(或者可能根本不是巧合,而是因演化所完善的夜間訊息轉移過程的一部份),就是漣漪波和紡錘波都會隨著慢波上升和下降。史提高德說:「這是一場三部曲交響樂。海馬回、視丘和皮質一起合作,加強特定記憶。」
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]儘管如此,直到研究人員找到方法影響這個過程之前,在睡眠期間大腦分析並整合記憶的相關發現,仍然只是間接證據。現任德國杜賓根大學行為神經科學家波恩(Jan Born)想知道:「我們能操控這些腦波嗎?」他和團隊在盧比克大學對睡眠中的受試者於頭殼施加振盪電流,以增加慢波的幅度。他們在2006年發表的研究顯示,這種操控可以增強記憶。但是由於電場在大腦皮質褶皺之間的變化難以預測,因此團隊轉而使用聲音,波恩認為,透過生物通道(耳朵)進行資訊處理應該更可靠。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]研究人員在受試者睡眠時的慢波上升階段,播放柔和的點擊聲。僅僅一晚的聲音刺激,就大為增強了慢波和紡錘波的振幅和持續時間。團隊於2013年發表的研究顯示,與一般的睡眠相比,這種介入顯著改善了受試者對於120組字詞配對的記憶。這項研究直接把慢波睡眠的腦波振盪與記憶聯結起來,並指出了利用慢波睡眠改善記憶的方法。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]派勒說:「這是睡眠工程的想法:我們是否能夠讓這種生理過程更有效地運作?或者,如果運作不太理想,我們是否能夠調整,使其運行更好?」隨著年齡增長,慢波會變得虛弱,這可能解釋了與年齡相關的記憶問題。針對慢波進行強化,是否能緩解記憶衰退?美國西北大學的神經學家馬爾卡尼(Roneil Malkani)和齊(Phyllis Zee)與派勒等人合作,成功利用聲音讓九位輕度認知障礙患者中的五人提升了回憶字詞配對的能力。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]然而這些介入僅持續一個晚上。實際上,防止記憶衰退最有可能需要較長期的治療。在睡眠期間透過手術植入的電極刺激大腦,理論上可以固化記憶。加州大學洛杉磯分校健康照護中心神經外科醫生佛里德(Itzhak Fried)和同事最近的研究顯示,可利用這種深部腦刺激來增強記憶。佛里德曾把電極植入重度癲癇患者腦中以偵測癲癇發作,而當這些患者在睡眠且沒有癲癇發作時,他使用電極來感測並改變他們的深度睡眠腦波振盪。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]佛里德表示,當一個慢波處於上升期時,其中一個電極會發送一個脈衝電流來增強「漣漪波、紡錘波和慢波的三重疊合」。去年佛里德等人的研究顯示,與未受干擾的睡眠狀態相比,前額葉皮質接受此刺激的六位受試者,所有人在當晚過後,回憶圖片配對的表現更好,其記憶改善的程度也與大腦電生理活動模式的變化相關。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]佛里德說:「我們正在改變睡眠的結構。目標是嘗試投入開發記憶輔助工具或記憶神經植入裝置。」這裝置類似於聽力受損者使用的人工電子耳。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)][color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]除了透過增強睡眠大腦中的腦波來改善一般記憶外,科學家還發現各種方法來增強特定記憶。最初嘗試採用的這類策略涉及氣味。波恩的團隊請受試者在需要記憶物體放置於哪個格子時,嗅一下玫瑰香味,然後讓一些受試者在入睡時,再次暴露於玫瑰香味中。2007年的研究顯示,當受試者於慢波睡眠期暴露於玫瑰香味時,大腦重新提取他們所學的內容,並顯著提高了對於位置的回憶(與睡眠時未暴露於此香味或僅在REM期暴露於此香味的人相比)。腦部影像顯示,玫瑰香味強烈活化了海馬回,表示刺激增強了神經回放。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]兩年後,派勒和同事的研究顯示,可利用聲音達到類似效果。研究人員在受試者記憶電腦螢幕上50個物體的位置時,播放獨特的聲音,例如看到一張貓的照片時,聽到一聲貓叫;看到一只茶壺時,聽到一聲哨音。然後研究人員在受試者午睡時播放其中25個聲音,結果受試者之後記得與這些聲音相關的物體位置,比其他物體位置記得更清楚,例如當他們聽到哨音而沒有聽到貓叫聲時,回憶螢幕上茶壺的位置,比貓的位置更準確。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]派勒把此方法稱為「特定記憶再活化」(TMR),這種增強特定記憶的方式獲得許多關注。2022年,他當時的研究生惠特摩爾(Nathan Whitmore)發現,TMR可以改善對臉孔和名字的記憶,效果最好的是那些時間最長且最連續的慢波睡眠。派勒表示,這種方法可能有助於讓有記憶問題的老年人記住與自身相關的重要事實,例如孫子和孫女的名字。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]TMR也可以改善程序記憶(procedural memory),這是各種技能的基礎,從彈奏鋼琴曲目到完美跳投。人們入睡後,可以更有效學習手指在彈奏鋼琴時的動作序列。如果在慢波睡眠期重新喚起序列的記憶,例如透過播放在學習每個手指動作時聽到的聲音,表現將會更好。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]有些中風患者無法執行基本動作,類似的方法也有助於他們的復健,包括每天練習這些技能。派勒說:「如果你想使用牙刷或拿起鹽罐,你必須選擇性地控制某些肌肉,而非其他肌肉。」為了教導這類技能,西北大學神經學家斯拉特斯基(Mark Slutsky)開發了一款80年代風格的簡單電玩遊戲,在這款遊戲中,使用者必須動用一到兩條肌肉把游標從螢幕中心移動到周邊的八個目標之一,當游標到達時,這些目標(紅色方塊)會變為綠色。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]派勒和斯拉特斯基等人發表在2021年的一項研究顯示,TMR可以改善受試者在這款遊戲中的表現。在瞄準每個目標時,20位健康的年輕成年人聽到了一個獨特的聲音,例如貓叫、鼓聲或鈴聲。經過幾個小時的練習後,午睡90分鐘。當他們進入慢波睡眠時,每五秒會聽到一些聲音。醒來後,遊戲表現有所進步:他們把游標移動到與午睡期間播放的聲音聯結的紅色方塊目標時,在速度、效率和肌肉選擇方面,都有所提升。派勒和斯拉特斯基等人目前正在測試一套類似的程序,應用於手臂運動困難的中風患者身上。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]TMR的最新版本把聲音提示與慢波同步。英國威爾斯卡地夫大學神經科學家路易斯(Penelope Lewis)說:「我們在哪個確切的時間施用這些提示觸發,非常重要。」她和同事發現,該技術可以增進物體之間關係的學習,例如他們的實驗要受試者學習六張照片的隱藏排序。但只有當與物體關係聯結的聲音在慢波的高峰時播放,而不是在低谷,才會發揮作用。在一項相關發現中,英國牛津大學認知神經科學家斯塔瑞西納(Bernhard Staresina)和現在任職於艾色克斯大學的南高(Hong-Viet V. Ngo)指出,當他們把特定的聲音提示與慢波的上升同步時,可以改善動詞與圖片聯結的記憶。此外,在這個階段進行提示,會延長慢波的時間並增加相關紡錘波的強度。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]介入慢波睡眠也可以改變與特定記憶聯結的情緒,這可能有助於提升心理健康。香港大學認知神經科學家胡曉晴和同事使用TMR把正向情緒與不愉快的記憶聯結起來,從而改善了受試者的心理狀態。他們教導受試者把無意義字詞與令人不愉快的照片聯結,然後在慢波睡眠期,把無意義字詞與正向字詞一起重播。研究人員在發表於去年的研究中指出,之後受試者對與字詞聯結的照片不再感到那麼排斥。同樣地,當正向字詞與慢波振盪的上升一致時,效果最強。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)][color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]慢波睡眠對記憶固化的影響已確立,但是REM睡眠期的功能尚不清楚。這個階段的夢境通常看起來不合邏輯,因為負責控制理性思考的大腦前額葉皮質部份區域處於離線狀態,而控制視覺、運動和情緒的腦區仍活化。然而有一個新興理論認為,在REM睡眠期經歷的奇幻夢境可以緩解與記憶聯結的情緒,幫助人們對所發生的事情有更廣泛的理解。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]神經科學家沃克(Matthew Walker)在《為什麼要睡覺?》寫道:「REM睡眠期的夢境提供了一種隔夜療法。(它)讓令人困擾的、甚至是創傷性情緒事件的痛苦消失。」在REM睡眠期,正腎上腺素(此神經傳遞物會引起恐懼反應,例如盜汗、心跳加速和瞳孔放大)的濃度會降低。因此沃克和其他人認為,在REM睡眠期浮現的記憶會與這些反應分離,使其與情緒的衝擊失去聯結。(然而,PTSD患者的正腎上腺素濃度仍然很高,並且經常再次出現夢魘。)
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]如果這個理論是正確的,那麼在REM睡眠期讓人們重新經歷不愉快的經驗,可能有助於緩解與這些經歷相關的惱人情緒。在2021年的一項研究中,受試者學習令人不愉快的圖片與特定聲音聯結,在REM睡眠期再次暴露於這些聲音後,這些圖片的惱人程度就會下降。相比之下,若這些聲音在慢波睡眠期播放,則沒有效果。路易斯表示,如果類似的方法對人們的現實生活記憶也有效,那就有可能做為憂鬱症或PTSD的一種療法。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]REM睡眠期的夢境也可能透過潛意識學習來幫助緩解與事件相關的強烈情緒。人們通常不會夢見令人不愉快的事件本身,而是夢見與之相關但更和諧的記憶,這使得他們在潛意識中把兩個經歷聯結。史提高德舉了一個例子:如果他在白天差點發生車禍,他可能會夢見與兒子一起玩碰碰車。史提高德猜測,這個夢境幫助他意識到,如果車禍真的發生了,「可能就只是擋泥板被撞了一下。(但是)我的反應卻好像剛剛僥倖逃生一樣。這可能會讓我豁然開朗,因為我有這個與之相關的記憶,卻什麼壞事都沒發生。」
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]透過這種方式,REM睡眠期的夢境可以提供不同視角。史提高德說:「你必須讓大腦建立這個夢的敘事,來評估對它的情緒反應。」TMR可以用來形塑這種敘事,而日內瓦大學的夢魘症研究凸顯了這種介入方式的可能性。它還可以讓傳統型式的心理治療更加有效,論文第一作者、該校的神經科學家史瓦茲(Sophie Schwartz)說:「任何心理治療方法都旨在改變行為、習慣、思考。因此心理治療是一種學習。使用TMR,我們可以提高這種學習的效果。」
居家裝置改善睡眠品質[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]大多數睡眠工程研究都需要患者或受試者前往實驗室或其他機構,多少限制了介入的範圍和效果,人們不希望在實驗室裡睡上超過一、兩個晚上。但牛津大學認知神經科學家約翰森-伯格(Heidi Johansen-Berg)說:「如果是穿戴式和可攜式裝置,就可能融入個人的生活中。因此,即使單日的好處相當小,你也可以想像,這些累積的利益隨著時間推移而顯著增加。」
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]可在家使用的商業化設備,可能是增強睡眠療效的一個重要途徑。其中一種發明,目前正針對訓練語文記憶能力和改善中風患者的康復速度而進行測試,此發明需搭配一款收集運動和心率數據的智慧型手錶,以及一款播放聲音的智慧型手機。一個機器學習模型會辨識出使用者正經歷深度睡眠期,並在這些階段觸發TMR的聲音。惠特摩爾等人在2022年發表的研究顯示,在家中連續使用這項技術三晚後,受試者對物體位置的記憶有所提升,前提是播放的聲音足夠柔和,不會打擾睡眠。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]對於令人困擾的惡夢,在美國,醫生已經可以建議病人採用手機應用程式,例如有個應用程式利用Apple Watch的感測器分析生理數據。當感測器檢測到與惡夢相關的心率上升和不安時,手錶會發出間歇性的輕微震動以打擾夢境且不會喚醒使用者。去年,以65位患有創傷性惡夢的退伍軍人為試驗對象的一項研究顯示,當至少一半的睡眠時間配戴該裝置時,受試者回報睡眠品質得到了顯著改善。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]由美國麻省理工學院的霍洛維茲(Adam Haar Horowitz)和同事開發的手套形睡眠檢測器,可能也可以減少惡夢。該設備透過手腕和手部的接觸,監測入睡時的生理數據。它還連接到一個應用程式,會給出語音提示,例如「樹」,在最近一項研究中,這讓受試者在小睡時夢到樹,並且在與樹有關的任務上展現更多的創造力。
介入記憶有風險[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]儘管睡眠工程的前景令人振奮,專家嚴正提醒:介入記憶具有風險。路易斯說:「你正傾向優先強化大腦中某些記憶。如果你開始每天都這樣做,誰知道可能導致什麼樣的不平衡?」這些介入也可能會干擾睡眠。例如在惠特摩爾和派勒的另一項實驗中,當聲音播放得太大聲,實際上會弱化記憶。「在我們準備推薦給大眾之前,還有很多事情需要了解。」
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]與此同時,這些實驗讓科學家更加了解睡眠對於記憶和情緒的作用,以及如何形塑人們對世界和自己的看法。史提高德說:「這就是夜晚的作用,它以一種幫助你建構關於世界如何運作和生活意義的敘事,把白天所有訊息與我們已有的全部訊息相結合。」
[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]至少對索尼雅來說,TMR結束了她在森林中的夜間夢魘。有一天晚上,她夢到被邀請參加一個小木屋派對。她在記錄夢境的日記中寫道:「那裡有一座可以看到山脈的露台,我們都出去看日落。天空是深粉色的,天氣非常美好。突然間,我感覺到有人的手搭在我的腰上……這個人拉著我的手,把我帶到了露台的中心,我們開始在沒有音樂的情況下跳舞。就像在電影中一樣,周圍的世界開始快速旋轉,我第一次感到心中小鹿亂撞。」
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