快速眼动睡眠与学习记忆的关系研究
研究背景
在20世纪，Aserinsky和Kleitman突破性地发现快速眼动睡眠(rapid eye movement sleep,REM睡眠)，Aserinsky在实验中观察到人们在夜里大概每90 min就出现一次眼球来回转动且脑电活动增加，持续时间从睡眠开始时的几分钟到后来接近1 h，Kleitman发现在REM期叫醒的被试者比非快速眼动睡眠期(NREM期)叫醒的被试者更倾向说在做梦[1]。

solms和Mark提出了REM睡眠(快速眼动睡眠）=梦的公式；Takeuchi和Tomoka等人利用ERP（事件关联电位技术）证明了REM睡眠与梦及其回忆程度有密切关系[2]。

梦反映了记忆的活化和重组,这些记忆以及与记忆有关的东西可以在梦加工处理过程中进行修饰[3]。

实验设计依据
虽然睡眠对记忆有促进作用，牢固的记忆力发生在正常觉醒状态时，但还没有明确的证据显示许多记忆任务是否受REM睡眠的影响[3]。

REM睡眠可是否以提高记忆，缺乏实验的验证，本实验通过REM睡眠剥夺和小鼠Morris水迷宫记忆实验，旨在探究REM睡眠对记忆的影响。

REM睡眠时，眼球在此阶段时会呈现不由自主的快速移动。

并且梦境中跳跃性运动是眼睛在对记忆进行扫描[4]。

但梦境和REM睡眠的
产生与眼球的转动是否有着密切的联系，缺乏实验的验证，本实验通过切断动眼神经，观察小鼠的表现，探究REM睡眠产生与眼球转动之间的联系。

最后通过实验得到的结论，再根据前人实验的结论，达到探究快速眼动睡眠与学习记忆的关系的目标。

研究目标
1.探究REM睡眠产生与眼动之间的联系。

2.探究REM睡眠对记忆的影响。

研究内容
1.动眼神经切断后小鼠REM睡眠产生情况。

2. REM睡眠剥夺后，小鼠的落水次数的变化（REM睡眠产生次数的变化）。

3.小鼠动眼神经切断和REM睡眠剥夺后，小鼠学习记忆能力发生的变化。

实验设计
实验动物:
选择年龄、体重等生长状况相同的雄性小鼠40只。

分别随机均分为甲、乙、丙、丁四组，每组10只，22℃恒温环境中饲养，开灯时间为早8：00，关灯时间为晚20：00。

实验分组：
甲组：进行动眼神经切除，看REM睡眠是否会相应消失。

乙组：假手术组。

丙组：正常小鼠进行REM睡眠剥夺。

丁组：正常睡眠组。

实验方法：
一、水迷宫记忆训练和小鼠适应性训练
实验前3 d采用Morris水迷宫对甲、乙、丙、丁两组小鼠进行小鼠水迷宫记忆训练[6]。

制作30×30×60 cm的鼠箱，将一直径3.5cm、高4cm的小平台(此平台面积仅允许小鼠抓握平台)置于鼠箱中央，鼠箱注水至水面距平台1 cm，将四组小鼠置于水中训练3d，其它条件均适宜[8]。

二、动眼神经切除手术
取甲、乙两组小鼠用乙醚轻麻醉后，在两侧部位于眼角的皮肤上切一同样大小的小口，甲组找出支配眼动的神经，在海绵窦切断眼动眼神经主干后,用双极电凝器电凝两断端,并将近端翻转到后颅窝（幕下），用尖刀头刀在海绵窦段锐性切断动眼神经主干。

乙组除了不切除动眼神经，其它手术步骤同甲组。

然后立即对两组小鼠应用11-0无创缝线行端端神经外膜180°对位缝合2针[7]。

在REM睡眠剥夺装置（见下“三”）中睡眠，通过观察甲、乙两组小鼠是否落水，进而记录有无REM睡眠的产生。

三、REM睡眠剥夺动物的模型建立[9、10]
利用上述（“一”）小平台水环境建立小鼠REM睡眠剥夺动物模型：将甲乙丙三组组小鼠置于平台面积仅允许小鼠抓握的平台上，将丁组小鼠置于平台面积能让小鼠正常睡觉的平台上，小鼠可自由进食和饮水（其它条件均适宜），当甲乙丙组小鼠进入REM睡眠时，由于肌肉张力消失会导致头部触水或落入水中（水温用恒温水箱保持与小鼠体温相同的温度）而醒过来。

如果丙组小鼠在睡眠过程中会落水，说明有REM睡眠产生，通过这个实验装置可以剥夺其REM睡眠。

所以丙组是REM睡眠剥夺组，丁组是不处理的对照组。

同样，如果切除了动眼神经REM睡眠会消失，那么甲组动物在REM睡眠剥夺装置中就不会落水。

而乙组(假手术组)则会落水而醒来，这个装置会剥夺其REM睡眠。

四、REM睡眠剥夺下睡眠和鼠水迷宫记忆测试实验
小鼠的睡眠与人类相反，是白天睡眠，晚上活动的。

我们观察并记录四组小鼠的不同睡眠表现。

在经过一天的实验后，对四组小鼠进行水迷宫记忆实验，记录小鼠到达终点时间及正确次数（记录的数据见表）。

实验连续进行七天。

1.在REM睡眠剥夺下情况下睡眠落水次数记录表：
2.小鼠进行水迷宫记忆实验记录表：
对实验可行性的讨论：
1.我的指导老师虞燕琴有着充分的动物实验经验，可以在她的指导下在完成实验。

4. 实验的所需的Morris水迷宫、恒温水箱、REM睡眠剥夺模型都在
我的指导老师虞燕琴老师的实验室有，眼动神经的切除手术在虞燕琴老师的实验室也可以完成，为这个实验的进一步全部完成提供了必要条件。

预期结果:
1.甲组小鼠被切除动眼神经后REM睡眠消失，故不会在REM睡眠检测装置中掉入水中。

而乙、丙组小鼠会有REM睡眠，故会掉入水中。

4.乙、丙组小鼠随着实验天数的增加，落水次数增加，也就是说REM 睡眠的产生次数增加。

说明可能学习与记忆过程中会产生较多的REM 睡眠。

5.随着实验天数的增加，四组小鼠的水迷宫记忆实验达终点时间延长，正确的百分比都有降低。

但是甲、乙、丙三组的降低的程度相较丙组更高。

说明可能REM睡眠的剥夺会影响小鼠学习与记忆能力。

对预期结果的分析:
1.动眼神经切除后，小鼠不再落水，不再产生REM睡眠，证明眼球转动是REM睡眠的产生的重要条件之一。

2.REM睡眠剥夺后小鼠的记忆明显下降，证明REM睡眠有加强记忆的作用。

结论：
预期结论：
1.眼球转动是REM睡眠产生的重要条件。

2.REM睡眠能够加强记忆。

已知结论有：
1.快速眼动睡眠和做梦有联系[1]。

2.梦的内容与最近的记忆内容具有一致性[2、3]。

4.REM睡眠中眼球转动的意义为对记忆的扫描[4]。

推测出得结论：
REM睡眠能够促进梦的形成,进而梦能加强记忆。

研究意义：
1.找到快速眼动睡眠与学习记忆的关系
2.找到快速眼动睡眠产生与动眼的联系
2.通过指导人们睡眠进而指导人们高效记忆。

参考文献：
[1]梦的内容分析理论研究进展蔡琴凤李晓驷
[2]梦的研究及梦的分析的发展曼荼罗
[3]睡眠、学习、梦境、与记忆陈伟京申景平编译自《Science》
[4]睡眠、梦和记忆饶恒毅
[5]快速眼动睡眠剥夺对大鼠记忆巩固的影响李德明邵道生
[6]Morris水迷宫实验手册上海欣软信息科技有限公司
[7]成年大鼠动眼神经再生规律的研究李世亭朱宁喜李心远潘
庆刚海舰王旭辉刘忠
[8]REM睡眠剥夺对小鼠海马tau蛋白磷酸化的影响杨遥刘静
徐江涛
[9]REM睡眠剥夺对大鼠额叶皮质5-TH的含量及学习记忆的影响
李训军
[10]快速眼动睡眠剥夺对大鼠记忆巩固的影响李德明
致谢
首先要感谢我的指导导师虞燕琴老师和我的生物老师罗靖德老师的指导，没有他们的耐心指导，不会有现在的实验设计。

还要感谢我的父母和同学，他们一直都在鼓励和支持我。

最后还要感谢主办方：浙江大学基础医学院、《环球科学》杂志社（《科学美国人》中文版）、浙江省生物医学学会，让我有机会进入复赛，让我有一次锻炼自己的机会。