图片来源:Pixabay摘要:你是否曾好奇,我们的大脑是如何在睡眠中巩固新学到的知识,同时又不会忘记旧的记忆?康奈尔大学(Cornell University)的一项最新研究表明,瞳孔的大小可能是解开这一谜题的关键。研究人员通过研究配备脑电极和微型眼动追踪相机的小鼠,发现瞳孔在非快速眼动(
你是否曾好奇,我们的大脑是如何在睡眠中巩固新学到的知识,同时又不会忘记旧的记忆?康奈尔大学(Cornell University)的一项最新研究表明,瞳孔的大小可能是解开这一谜题的关键。研究人员通过研究配备脑电极和微型眼动追踪相机的小鼠,发现瞳孔在非快速眼动(non-REM)睡眠的不同阶段会发生收缩和扩张,而这与大脑处理新旧记忆的过程密切相关。
这项研究由助理教授阿扎哈拉·奥利瓦(Azahara Oliva)和安东尼奥·费尔南德斯-鲁伊斯(Antonio Fernandez-Ruiz)领导,发表在《Nature》期刊上。研究结果不仅有助于我们更好地理解人类记忆的形成机制,还可能为计算机科学家训练更高效的人工神经网络提供新的思路。
研究介绍
研究人员发现,在非快速眼动睡眠的一个特定亚阶段,当瞳孔收缩时,大脑会重新激活并巩固新学到的记忆;而当瞳孔扩张时,大脑则会处理和整合较早形成的旧记忆。这种交替过程防止了“灾难性遗忘”——即新记忆的巩固不会抹去旧记忆。
“非快速眼动睡眠是实际的记忆巩固发生的时间,但这些时刻非常短暂,通常只有100毫秒左右,人类无法察觉。”奥利瓦教授解释道。“大脑是如何在这整夜的睡眠中分配这些快速且短暂的记忆重播的?又是如何在不干扰已有旧知识的情况下,将新知识融入其中的?”
研究方法
为了验证这一假设,研究人员让小鼠学习了一系列任务,例如在迷宫中寻找水或饼干奖励。随后,小鼠被装上了脑电极和微型摄像头,用以记录它们在睡眠中的神经活动和瞳孔变化。结果显示,小鼠的睡眠结构比之前认为的更加复杂,类似于人类的睡眠阶段。
通过在不同时间点打断小鼠的睡眠,并测试它们对所学任务的记忆情况,研究人员能够进一步解析记忆处理的过程。当小鼠进入非快速眼动睡眠的一个亚阶段时,瞳孔收缩,此时大脑会优先处理新学到的任务,即新记忆的巩固,而不干扰已有的旧知识。相反,当瞳孔扩张时,大脑则会重新播放并整合较早的记忆。
“这就像新学习、旧知识、新学习、旧知识,这种交替过程在整个睡眠中缓慢波动。”奥利瓦教授总结道。“我们提出,大脑有一个中间时间尺度,能够将新学习与旧知识区分开来。”
研究未来
这项研究不仅揭示了大脑如何在睡眠中有效处理新旧记忆,还为开发更好的记忆增强技术提供了理论基础。未来,这一发现可能帮助科学家设计出更有效的记忆训练方法,甚至为治疗记忆障碍提供新的思路。此外,计算机科学家也可以借鉴这一机制,优化人工神经网络的学习效率,避免新数据覆盖旧数据的问题。
新闻来源:Nature
来源:启真脑机智能基地