研究发现瞳孔在记忆形成中的惊人作用

康奈尔大学的一项研究表明，瞳孔在睡眠阶段的收缩和扩张如何指示新旧记忆的巩固，这项研究提供的见解可能会彻底改变记忆增强方法，并推动人工智能的发展。

研究小组利用装有脑电极和微型眼动仪的小鼠发现，在非快速眼动睡眠的一个特定子阶段，当瞳孔收缩时，新记忆会被重放和巩固。当瞳孔放大时，大脑会重温并强化旧记忆。这种区分这两个睡眠子阶段的能力受一种新发现的微观结构支配，可防止"灾难性遗忘"--即在新记忆形成时丢失旧记忆。

这些见解可以为改进人类记忆增强技术铺平道路，并帮助计算机科学家设计出更高效的人工神经网络。这项研究发表在1月1日的《自然》（Nature）杂志上，由助理教授阿扎哈拉-奥利瓦（AzaharaOliva）和安东尼奥-费尔南德斯-鲁伊斯（AntonioFernandez-Ruiz）领导。

在一个月的时间里，一组小鼠接受了各种任务，如在迷宫中收集水或饼干奖励。然后给小鼠安装脑电极和微型间谍相机，这些相机挂在小鼠的眼睛前方，以跟踪它们的瞳孔动态。一天，小鼠学习了一项新任务，当它们睡着时，电极捕捉到了它们的神经活动，摄像机记录下了它们瞳孔的变化。

奥利瓦说："非快速眼动睡眠是真正巩固记忆的时刻，这些时刻非常非常短暂，人类无法察觉，比如100毫秒。在整个夜晚，大脑是如何分配这些非常快速、非常短暂的记忆筛选的？又是如何将新进入的知识分离出来而又不影响我们头脑中已有的旧知识呢？"

记录结果表明，睡眠小鼠的时间结构比以前想象的更加多样，也更类似于人类的睡眠阶段。通过在不同的时刻打断小鼠的睡眠，然后测试它们对所学任务的回忆程度，研究人员能够解析睡眠过程。当小鼠进入非快速眼动睡眠子阶段时，它的瞳孔会缩小，这时最近学习的任务（即新记忆）会被重新激活和巩固，而以前的知识则不会被激活和巩固。相反，当瞳孔放大时，旧的记忆会被重放和整合。

奥利瓦说："这就像新知识、旧知识、新知识、旧知识，在整个睡眠过程中缓慢波动。我们提出，大脑有一个中间时标，将新的学习和旧的知识区分开来。"

DOI:10.1038/s41586-024-08340-w

编译自/scitechdaily