睡眠对长期记忆至关重要。过去的研究表明，从人类到果蝇，蜜蜂到海兔，许多动物都需要睡眠来巩固记忆。然而，了解特定记忆是如何在睡眠期间得到巩固的一直是生物学中的一挑战。
无论果蝇还是人类，这些生物都拥有大而复杂的脑。果蝇大约有20万个神经元，人类大约有860亿个神经元。如果有一个简单的、明确的，也依赖睡眠来巩固记忆的神经系统，那么它将有助于我们理解睡眠影响记忆的潜在机制。
在一项新发表于《细胞》的研究中，一组科学家想知道，对秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）这种简单的生物来说，睡眠是否也会影响长期记忆。通过对这些秀丽隐杆线虫进行气味记忆训练，他们发现只要这些小虫在训练之后的睡眠不受干扰，它们就能在16小时后仍然保留记忆；但如果训练之后的睡眠受到了干扰，它们的神经系统的某些关键变化会受到阻止，而这些变化与形成持久的记忆有关。
记忆被认为存在于突触，也就是神经元之间的连接处。科学家已经知道，一些与巩固记忆有关的过程，就涉及到睡眠期间的一些突触的数量减少。秀丽隐杆线虫是分子生物学等领域常用的一种模式生物，是研究睡眠中的突触变化的一种理想选择。
这些微小的蠕虫有非常紧凑的神经系统，神经元的数量只有302个。有别于其他动物，科学家对它们的神经系统非常了解，许多单个神经元的功能都已被确定，整个突触连接组也已被阐明。然而，这项研究面临着不同寻常的挑战，那就是如何确定这种身长不过毫米的蠕虫何时真正处于睡眠状态。它们没有四肢，也没有明确的睡眠阶段，因此区分睡眠和清醒的秀丽隐杆线虫成了一项棘手的任务。
在观察了数百只秀丽隐杆线虫后，研究人员发现了它们的一些睡眠特征，比如运动减少、特定的姿势、唤醒的阈值升高，以及广泛改变的神经元活动模式。此外，在睡着时，这些小蠕虫会变得笔直，只有头部有一点弯曲。虽然它们不喜欢到处走动，但它们还是忍不住要边睡边吃东西。因此它们的摄食量虽然会减少，但不会降为零。
丁酮是一种通常对秀丽隐杆线虫很有吸引力的、具有甜味的化合物。秀丽隐杆线虫会通过一种名为AWC的神经元，来检测丁酮的气味。接着，AWC会与三对名为AIY、AIA和AIB的神经元相连，形成突触。在实验中，研究人员用丁酮对这些蠕虫进行了气味训练，让它们忽略丁酮的甜味。结果发现，经过了丁酮的气味训练的秀丽隐杆线虫，其神经系统中的AWC-AIY突触数量会显著减少，表明记忆形成。
接下来，研究人员测试了在经过了气味训练后，睡眠对于这种记忆的维持是否会产生影响。在训练之后，秀丽隐杆线虫会倾向于休息。每15分钟，研究人员就会轻轻摇晃这些睡眠中的蠕虫，扰乱它们的睡眠。
结果发现，在进行了气味训练后，能够立即享受不间断睡眠的秀丽隐杆线虫，可以在16小时后仍然忽略丁酮的气味；但是那些在训练后1-2小时内被剥夺睡眠的秀丽隐杆线虫，则比那些没有受到睡眠干扰的蠕虫表现出更强烈的突触连接，并且在16小时后不记得要避开丁酮。
这项研究表明，即使在最简单的神经系统中，睡眠对于气味记忆的巩固来说必需的。它为科学家在细胞水平和分子水平上深入研究睡眠期间发生的过程铺平了道路，同时也为与睡眠有关的古老问题提供了解答，即睡眠的目的是什么，它与记忆又有何联系。接下来，研究人员将继续研究睡眠行为诱发突触数量和强度变化的生化机制。