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康奈尔大学:研究发现瞳孔变化与记忆巩固关系

NEXTECH
Last updated: 2025年1月3日 下午9:31
By NEXTECH
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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(Azahara Oliva)和安东尼奥-费尔南德斯-鲁伊斯(Antonio Fernandez-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。

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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

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