前沿：不要打擾睡著的嬰兒，他們正在「學習」

導語

剛出生的嬰兒一天中的大部分時間都在睡覺，人們常說，睡得越多越聰明，這背後有什麼科學依據呢？最近，德國科學家在Current Biology雜誌發表的一項研究表明，嬰兒在簡單的學習之後睡上一覺，就能夠記住剛接觸到的詞語。他們還發現，6個月大的嬰兒能夠建立關於辭彙語義的長期記憶。這項有100多名嬰兒參與的實驗是如何開展的？本文將給讀者詳細介紹。

撰文 | 李 娟

責編 | 葉水送

知識分子為更好的智趣生活ID：The-Intellectual

如果你指向一個物品，對嬰兒說出它的名稱，雖然他們不會表達，但已能夠把這件物品和它的名稱聯繫起來，這是否代表最早記憶力的形成呢？其實不然，這種關聯能力僅僅是嬰兒視覺和聽覺的感知覺聯繫，在出生第一個月即可形成。之前有證據顯示，嬰兒最早從第九個月開始，才能夠明白詞語的真正指代語義，建立對相關詞語的長期記憶。

在嬰兒的早期發育中，從簡單的感知覺認識到懂得詞義的轉變，受哪些因素影響呢？研究表明，睡眠有利於嬰兒大腦記憶的重組，是影響嬰兒記憶形成的重要因素，但其具體作用機制尚不清楚。

最近，德國科學家在Current Biology雜誌發表了一項研究，研究者認為嬰兒睡眠時建立的記憶是分段進行的。首先，研究者假設語義記憶的形成源於最初的感性認識，由此推測嬰兒會在睡眠早期鞏固對名詞的初級感知覺記憶，在此基礎上發展形成的真正詞義的長期記憶，會在隨後的睡眠時間裡逐步建立。

實驗開始之前，研究人員把嬰兒分成兩組：清醒組和睡眠組。清醒組的嬰兒作為研究對照，預計在學習完的3小時內不會睡覺，睡眠組的嬰兒預計在學習完30分鐘之內會入睡。研究人員正是根據以上日常睡眠習慣來安排學習的時機。

睡眠可分為非快速眼動睡眠（non-rapid eye movements，NREM）和快速眼動睡眠（rapid eye movements，REM），其中非快速眼動睡眠又分為第1階段、第2階段和第3階段（N1-N3）。研究者通過分析嬰兒腦電圖信息，匯總記錄了嬰兒每次睡眠的總時長以及各個睡眠階段的時長。由於成人的陳述性記憶（指對有關事實和事件的記憶，其中知識點學習過程大多屬於該範疇）是在非快速眼動睡眠時期得到鞏固，因此，在記憶測試階段，根據嬰兒的單次非快速眼動期的持續時間，研究者對嬰兒進行分組測試，以便驗證記憶分段形成的可能性。其中短睡眠嬰兒組時長約為30分鐘，長睡眠嬰兒組約為50分鐘。

作為嬰兒的視覺刺激樣本，研究者選用了104張彩色圖像。包括8類不同物品的照片，其餘96張圖像依此分為8類，每一類有12張相似物品的圖像，其整體或細節的形狀顏色各有不同，其中8張專為學習階段設計，4張專為記憶測試階段準備。聽覺刺激樣本是含有24個雙音節詞的語音錄音，針對8類不同物品又分成3組，隨機選取2組按照相同模式緩慢播放給受試嬰兒聽。

圖1 實驗分為學習階段（A）和記憶測試階段（B）。

首先，在學習階段（圖1 A），研究人員設置了兩種不同的實驗條件：一致配對條件和不一致配對條件。在之後的記憶測試階段（圖1 B），研究者選取了學習階段沒有使用的另外4張同類別物體的圖像，分別與正確匹配單詞或者錯誤匹配單詞同時出現，進而判斷嬰兒是否能夠進行語義指代配對，產生學習記憶。

圖2 研究者首先對嬰兒進行「詞語—圖像」配對學習訓練，接著記錄嬰兒睡眠時的腦電活動，嬰兒清醒後再對嬰兒進行記憶測試。

通過記錄嬰兒在學習、睡眠和記憶測試時的腦電圖（EEGs）活動，分析事件相關電位（Event-Related potentials, ERPs），研究者得到了嬰兒各個階段大腦活動的數據，進而分析嬰兒是否能夠形成新辭彙記憶（圖2）。

研究者發現在學習完成後，如果嬰兒沒睡覺，就不具備所學的單詞配對能力，與作為對照的清醒組嬰兒一樣，他們沒有產生長期學習記憶。

而經過短睡眠的嬰兒所表現出的大腦活動，與3個月大的嬰兒的大腦活動類似，也就是說，他們的單詞配對學習更接近於初級感知覺認識。不過，6至8個月大的嬰兒經過短睡眠，能夠把單詞與學習階段並未出現的新的物體圖像相關聯起來。

那些在學習完成後有著較長睡眠時間的嬰兒，其大腦反應與相同實驗條件下的9-16個月大的嬰兒類似，表明他們已具備真正詞義的長期記憶，並且能夠產生對新物體圖像的識別能力。

由此可見，嬰兒的語言記憶能力的發育與睡眠時間的長短有著很大關係。較長時間的睡眠有助於嬰兒形成辭彙語義的記憶。

那麼，哪一個睡眠階段對記憶形成的貢獻較大呢？通過對大腦活動的記錄分析，研究者發現，嬰兒長期記憶的形成發生在非快速眼動睡眠期的第二階段（N2）。此階段，人會進入無意識階段，眼球不再運動，作夢極少出現，能否建立長期語義記憶與N2階段的持續時間有關。具體來說，由初級感知覺轉變為長期語義記憶的形成，需要一段較長的N2期（持續時間在18-35分鐘）。

N2期記錄的腦電圖中腦波偶爾會產生較快的腦波，即「睡眠紡錘波（Sleep spindles）」，睡眠紡錘波也是N2期的典型特徵。通過對嬰兒腦電圖的進一步分析，研究者發現對物品類別詞義的記憶形成與局部紡錘波的活動有關。

之前的觀點認為未發育成熟的大腦在詞語理解能力方面耗時較長，發展緩慢。這項最新研究表明，嬰兒經歷一段稍長睡眠期即可形成辭彙記憶。值得注意的是，與以往的結論不同，該研究提示6個月大的嬰兒大腦已經足夠成熟，就能夠儲存辭彙語義相關的長期記憶了。

睡眠能夠有效地屏蔽周圍環境的干擾，為重新梳理瞬時記憶提供了合適的條件，這是睡眠促進記憶重組的主要原因。與嬰兒不同的是，成年人在清醒期間也能完成記憶，因為通過成熟地控制注意力，成人能夠有效地處理外界干擾因素。

由此看來，不僅不能打擾睡著的嬰兒，還要創造條件讓嬰兒睡好覺。因為它們是通過睡眠來變聰明的。原來「睡著了都在學習」，可不光是學霸獨有的本事哦。

參考文獻

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

製版編輯： 許逸｜

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