2025年大学《神经科学》专业题库- 睡眠记忆与大脑活动区域的关联研究

2025年大学《神经科学》专业题库——睡眠记忆与大脑活动区域的关联研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题5分，共20分）1.睡眠记忆巩固2.慢波睡眠3.快速眼动睡眠4.神经回放二、简答题（每题10分，共40分）1.简述慢波睡眠和快速眼动睡眠在生理特征上的主要区别。2.阐述海马体在陈述性记忆巩固过程中可能扮演的角色及其神经机制。3.简述功能性磁共振成像（fMRI）技术在研究睡眠期间大脑活动区域关联时的主要优势和应用实例。4.为什么说睡眠剥夺会对学习记忆产生负面影响？请从神经科学角度解释其可能机制。三、论述题（每题20分，共40分）1.详细论述睡眠期间大脑的慢波活动（SWS）如何促进记忆的巩固，并提及涉及的关键脑区及其相互作用。2.选择一项你熟悉的研究（例如，关于REM睡眠对情绪记忆影响的研究，或关于睡眠中神经回放功能的研究），描述该研究的核心发现，分析其采用的研究方法，并讨论该研究对理解睡眠与记忆关系的贡献和局限性。试卷答案一、名词解释1.睡眠记忆巩固：指在睡眠期间，尤其是慢波睡眠和快速眼动睡眠阶段，大脑对白天获得的信息进行加工、整理、储存和加强的过程，使得记忆更加稳定和持久。**解析思路：*考察对核心概念“记忆巩固”在睡眠背景下的理解。答案需包含时间（睡眠期间）、过程（加工、整理、储存、加强）和结果（记忆稳定、持久）等关键要素。2.慢波睡眠：又称非快速眼动睡眠的第一期和第二期，是睡眠周期中的一种阶段，其特征是大脑电活动以同步的、频率较低（<4Hz）的慢波（δ波）为主，伴随身体放松和肌肉弛缓。**解析思路：*考察对慢波睡眠的定义和关键生理指标（电活动特征、脑电波频率、伴随现象）的掌握。需区分慢波睡眠与REM睡眠。3.快速眼动睡眠：睡眠周期中的一种特殊阶段，其特征是脑电活动接近清醒状态，同时伴随着眼球快速、无规则的运动，以及肌肉几乎完全瘫痪（肌张力弛缓）和生动的梦境活动。**解析思路：*考察对REM睡眠的定义和核心特征（脑电活动、眼球运动、肌张力弛缓、梦境）的理解。需与慢波睡眠的主要特征形成对比。4.神经回放：指在睡眠期间，特别是慢波睡眠中，大脑神经元的活动模式能够再现白天学习或经历事件时大脑活动的一种现象，被认为与记忆巩固有关。**解析思路：*考察对“神经回放”这一记忆巩固相关理论术语的理解。答案需包含核心概念（活动模式再现）、发生时间（睡眠）、关联现象（学习经历）、功能（记忆巩固）。二、简答题1.慢波睡眠和快速眼动睡眠在生理特征上的主要区别：*脑电波（EEG）：慢波睡眠以高幅度的慢波（δ波，频率<4Hz）为特征；快速眼动睡眠的脑电波与清醒时相似，α波和β波都可能出现，且慢波活动较少。*眼球运动：慢波睡眠期间眼球基本静止；快速眼动睡眠期间眼球快速、无规则地转动。*肌肉活动：慢波睡眠时肌肉放松，但仍有少量肌肉反应；快速眼动睡眠时肌肉几乎完全瘫痪（肌肉弛缓），以防止将梦境动作付诸行动。*呼吸与心率：慢波睡眠时呼吸和心率变慢、变规律；快速眼动睡眠时呼吸和心率变得不规则，更接近清醒状态。*梦境活动：慢波睡眠期间很少出现梦境；快速眼动睡眠是产生生动梦境的主要阶段。**解析思路：*考察对两种睡眠阶段核心生理指标（EEG、眼球运动、肌张力、呼吸心率、梦境）差异的掌握。需要逐一对比，并点明各自的主要特征。2.阐述海马体在陈述性记忆巩固过程中可能扮演的角色及其神经机制：*角色：海马体在陈述性记忆（包括事实性记忆和空间记忆）的形成和早期巩固中起着关键作用，特别是负责将来自感觉皮层的初始信息整合成连贯的记忆表征，并启动长时程增强（LTP）等突触可塑性变化。*神经机制：*信息整合与表征形成：海马体接收来自各种感觉皮层的信息，并将其整合，形成具有特定时空背景的记忆单元。*突触可塑性：海马体内部的神经元以及其与杏仁核、前额叶皮层等区域的连接发生LTP等变化，这些突触强度的改变是记忆编码和巩固的细胞基础。*早期巩固：在睡眠的早期阶段，海马体可能负责将新记忆从感觉皮层接收并初步存储，为后续的分布式存储做准备。*转移与提取：在记忆巩固完成后，海马体可能仍参与记忆的快速提取，但长期存储则逐渐转移到大脑皮层等分布式区域。**解析思路：*考察对海马体功能（整合、表征、突触可塑性）及其在陈述性记忆（特别是其早期）巩固中具体作用的理解。需结合记忆类型和可能的巩固阶段（早期）来回答。3.简述功能性磁共振成像（fMRI）技术在研究睡眠期间大脑活动区域关联时的主要优势和应用实例：*优势：*高空间分辨率：能够精确定位大脑中活动发生的区域。*非侵入性：对被试无风险，便于研究自然的睡眠生理过程。*可同时测量多个脑区：能够研究不同脑区之间的活动同步性和功能连接。*适用于研究清醒与睡眠状态的对比：可以比较同一区域在清醒和睡眠下的活动模式差异。*应用实例：*研究慢波睡眠中特定脑区的血氧水平依赖（BOLD）信号变化模式，如发现前额叶皮层在慢波睡眠期间对海马体活动的响应减弱，支持记忆从海马体向皮层转移的观点。*观察快速眼动睡眠期间与梦境相关的脑区（如杏仁核、前额叶皮层）的激活模式。*探究睡眠期间不同脑网络（如默认模式网络、突显网络）的活动状态及其变化。**解析思路：*考察对fMRI技术原理（BOLD信号）、优势（空间分辨率、非侵入性、多区域、对比研究）及其在睡眠研究具体应用（慢波睡眠的脑区响应、REM睡眠的梦境相关区域、睡眠脑网络）的理解。4.为什么说睡眠剥夺会对学习记忆产生负面影响？请从神经科学角度解释其可能机制：*负面影响：睡眠剥夺会显著降低学习效率，损害记忆的巩固和提取，导致短期记忆难以形成，长期记忆保持能力下降，甚至出现认知功能受损。*神经科学机制：*干扰记忆巩固过程：睡眠是记忆巩固的关键时期，尤其在慢波睡眠和REM睡眠中。睡眠剥夺剥夺了这些关键过程，导致信息无法有效转化为稳定的长期记忆。*影响突触可塑性：睡眠通过调节突触强度（如LTP和LTD的平衡）来巩固记忆。睡眠剥夺可能干扰这些过程的正常发生，阻碍新突触的建立和旧突触的强化。*大脑清除代谢废物效率降低：研究表明睡眠期间大脑通过类淋巴系统清除代谢废物（如β-淀粉样蛋白），睡眠剥夺可能减慢这一清除过程，积累的废物可能干扰认知功能。*调节情绪和认知的脑区功能紊乱：睡眠剥夺会影响杏仁核、前额叶皮层等脑区的功能，导致情绪调节能力下降，注意力不集中，执行功能受损，进而影响学习记忆。*神经递质失衡：睡眠对多种神经递质（如生长激素释放肽、腺苷等）的水平有调节作用，睡眠剥夺可能导致这些递质失衡，影响神经信号传递和认知过程。**解析思路：*考察对睡眠剥夺影响学习记忆的后果的理解，并能从记忆巩固、突触可塑性、大脑清除、相关脑区功能、神经递质等多个神经科学角度解释其潜在机制。三、论述题1.详细论述睡眠期间大脑的慢波活动（SWS）如何促进记忆的巩固，并提及涉及的关键脑区及其相互作用。*慢波睡眠（SWS）与记忆巩固：SWS是睡眠周期中一个与记忆巩固关系最为密切的阶段。其高幅度的慢波（δ波，<4Hz）活动被认为是促进记忆稳定性的重要生理基础。*促进机制：*同步振荡与神经元同步：SWS期间的大脑广泛区域表现出同步的慢波振荡。这种同步振荡可能通过“共振放大”机制，选择性地增强与慢波频率同步的神经元的放电活动，从而促进相关记忆痕迹的强化。*促进蛋白质合成与基因表达：SWS期间，大脑的血流量和代谢活动虽然降低，但在某些关键脑区（如海马体）可能存在局部增加，这可能为记忆巩固所需的蛋白质合成和基因表达提供了必要的条件。*调节突触可塑性：SWS可能通过调控特定信号通路（如钙信号、生长因子信号），促进长时程增强（LTP）等有利于记忆巩固的突触可塑性过程，同时可能抑制不利于过度巩固的LTD过程。*记忆的系统性整合与再编码：有理论认为，SWS期间慢波振荡可能促进不同感觉来源的信息整合，以及记忆内容的重新编码，使得记忆与新的情境关联，提高记忆的灵活性和提取能力。*关键脑区及其相互作用：*海马体：作为学习和记忆的中间站，海马体在SWS期间表现出强烈的慢波活动。SWS期间的慢波振荡可以“激活”海马体中存储的记忆相关表征，并可能通过与杏仁核（情绪记忆）和前额叶皮层（执行控制、情景记忆整合）的连接，将这些信息传递或整合到更广泛的皮层网络中，实现记忆的巩固和存储。*前额叶皮层（PFC）：PFC在高级认知功能中起作用，其在SWS期间的活动模式也发生变化。SWS可能有助于将海马体中的记忆内容与更抽象的概念、背景知识或情境信息联系起来，并可能通过调节PFC对海马体的输入，优化记忆的组织和提取策略。*丘脑：丘脑是慢波振荡的起源之一，通过调控皮质下和皮层间的信息流，在协调SWS期间大脑广泛区域的慢波活动中起重要作用。丘脑的慢波活动可以向下丘脑（调节觉醒和睡眠）以及向上皮层传递信号，影响整个大脑的睡眠状态和记忆处理。*杏仁核：虽然REM睡眠对情绪记忆巩固更重要，但SWS也可能参与情绪记忆的巩固过程，特别是与非情绪信息的整合。SWS期间海马与杏仁核的相互作用可能有助于将情境性情绪信息与记忆内容绑定。*相互作用模型：在SWS期间，海马体的慢波活动可能驱动其内部以及与PFC、杏仁核等区域的神经回放或信息传递过程。这种活动受到丘脑的协调，并可能影响大脑整体的功能连接状态，共同促进记忆从临时存储向稳定存储的转化，以及记忆内容的整合与优化。**解析思路：*考察对SWS促进记忆巩固机制的全面理解，需要涵盖同步振荡、分子生物学基础、突触可塑性、记忆整合等多个层面。同时，必须明确涉及的关键脑区（海马体、PFC、丘脑、杏仁核）及其在SWS期间的具体功能以及相互之间的联系，构建一个相对完整的神经生物学模型。2.选择一项你熟悉的研究（例如，关于REM睡眠对情绪记忆影响的研究，或关于睡眠中神经回放功能的研究），描述该研究的核心发现，分析其采用的研究方法，并讨论该研究对理解睡眠与记忆关系的贡献和局限性。*选择的研究实例：关于REM睡眠对情绪记忆（特别是恐惧记忆）巩固作用的实验研究（例如，Stickgold等，1999年的研究）。*核心发现：该研究以及类似研究核心发现是，与清醒相比，在REM睡眠期间（通常通过剥夺前期的SWS来确保主要处于REM期）学习和巩固恐惧条件反射（如条件性恐惧配对）的效果显著增强。换句话说，REM睡眠对于恐惧记忆等情绪记忆的巩固具有促进作用，而对非情绪记忆（如单词列表记忆）的巩固影响较小或没有。*采用的研究方法：*实验设计：通常采用经典条件反射范式，如使用带有特定气味（条件刺激，CS，如臭鞋味）和轻微电击（无条件刺激，US，如脚底电击）来训练被试产生条件性恐惧反应（如心率加快、皮肤电导增加）。训练在清醒状态下进行。*睡眠阶段控制：被试在训练后被剥夺特定睡眠阶段（通常是剥夺SWS，导致他们首先进入REM期），然后进行测试。设置对照组，包括完全睡眠组（无剥夺）、清醒对照组（不睡眠）和仅剥夺REM组（有时进行）。*记忆测试：在睡眠后不同时间点（如早晨醒来后立即、几小时后、第二天），通过再次暴露于条件刺激（CS，臭鞋味），测量被试的条件性恐惧反应强度（如心率变化），以评估记忆巩固效果。有时也会测试非情绪记忆。*脑电监测（EEG）：通过记录脑电波，确认被试确实经历了预期的睡眠剥夺和睡眠阶段分布。*对理解睡眠与记忆关系的贡献：*揭示了REM睡眠的特定功能：该研究证实了REM睡眠并非仅仅是清醒活动的被动恢复，而是对特定类型记忆（尤其是情绪记忆）进行专门处理的时期。*支持情绪记忆的特殊巩固机制：研究结果支持了REM睡眠通过某种机制（如杏仁核与海马体交互的增强、记忆的负面选择性巩固等）使得情绪记忆，特别是负面情绪记忆，更加突出和持久。*指导临床应用：这些发现有助于理解某些睡眠障碍（如失眠、REM行