睡眠中的瞳孔大小揭示記憶如何分類與保存

美國一項新研究發(fā)現(xiàn)，瞳孔變化是理解大腦如何形成強大且持久記憶的關(guān)鍵。研究顯示，當(dāng)瞳孔在非快速眼動睡眠階段的某個亞階段收縮時，大腦會重新激活并鞏固新記憶；而當(dāng)瞳孔擴張時，舊記憶則被重放和整合。這一發(fā)現(xiàn)或為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供新思路。

盡管睡眠與記憶的關(guān)系早已被證實，其背后的神經(jīng)機制仍不完全清楚。研究通常分為兩類：一是提升人類睡眠中記憶保留能力的研究，二是針對嚙齒動物的細(xì)胞層面機制研究。然而，由于人類和嚙齒動物睡眠結(jié)構(gòu)存在差異，這兩類研究難以整合。一方面，嚙齒動物的睡眠結(jié)構(gòu)相對簡單，由快速眼動睡眠（夢境發(fā)生階段）和非快速眼動睡眠組成，后者是基本不做夢的深度睡眠；而人類的非快速眼動睡眠更為復(fù)雜，細(xì)分為四個階段，科學(xué)家懷疑其中最深階段是大腦篩選和組織記憶的關(guān)鍵時期。

康奈爾大學(xué)研究人員通過實驗證實了記憶鞏固的精細(xì)機制。他們在一個月的時間里訓(xùn)練一組小鼠完成各種任務(wù)，例如在迷宮中收集水或餅干獎勵。隨后，這些小鼠被裝上大腦電極和微型眼球追蹤攝像頭，以追蹤它們瞳孔的動態(tài)變化。在學(xué)習(xí)新任務(wù)一天后，當(dāng)老鼠進入睡眠狀態(tài)，電極記錄了它們的神經(jīng)活動，攝像頭則記錄了瞳孔的變化。研究結(jié)果顯示，小鼠在非快速眼動睡眠的細(xì)分階段表現(xiàn)出更多樣化的時間結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)與人類似。

研究人員發(fā)現(xiàn)，小鼠在非快速眼動睡眠的某個亞階段，瞳孔縮小時，新記憶被重新激活和鞏固，且已有知識不會被削弱；而在瞳孔擴張階段，舊記憶則被重放，以進一步整合到記憶網(wǎng)絡(luò)中。這種精確的時間分離功能，可以避免“災(zāi)難性遺忘”，即在鞏固新記憶時抹去舊記憶的現(xiàn)象。

該研究表明，大腦通過細(xì)致的時間尺度將新舊記憶分開，這種機制使得生物大腦能夠以有限資源實現(xiàn)卓越的記憶能力，為人工智能領(lǐng)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了重要啟發(fā)。

相關(guān)論文已發(fā)表在英國《自然》雜志上。

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