Исследователи из Корнеллского университета обнаружили, что зрачок играет ключевую роль в понимании того, как и когда мозг формирует устойчивые, долговременные воспоминания.

Используя мышей, снабжённых электродами для мозга и крошечными камерами для отслеживания движения глаз, команда учёных выяснила, что новые воспоминания воспроизводятся и закрепляются во время определённой фазы медленного сна, когда зрачок сужается. Когда зрачок расширяется, мозг возвращается к более старым воспоминаниям и укрепляет их. Эта способность различать эти две фазы сна, управляемая недавно выявленной микроструктурой, предотвращает «катастрофическое забывание» — потерю старых воспоминаний при формировании новых.

Применение в обучении людей и ИИ

Эти открытия могут проложить путь к совершенствованию методов улучшения памяти у людей и помочь специалистам в области компьютерных наук в разработке более эффективных искусственных нейронных сетей. 

В течение месяца группу мышей обучали различным задачам, например, как собрать воду или печенье в лабиринте. Затем на мышей надели электроды для мозга и крошечные камеры, которые висели перед их глазами и отслеживали динамику зрачков. Однажды мыши выучили новое задание, и, когда они заснули, электроды зафиксировали их нейронную активность, а камеры записали изменения в их зрачках.

«Фаза медленного сна — это время, когда происходит фактическая консолидация памяти, и эти моменты длятся очень, очень мало — всего 100 миллисекунд, — говорит Олива. — Как мозг распределяет эти очень быстрые и короткие проверки памяти в течение всей ночи? И как он отделяет поступающие новые знания от старых, которые уже есть в нашем сознании?»

Временной танец памяти

Записи показали, что временная структура сна у мышей более разнообразна и больше похожа на стадии сна у людей, чем считалось ранее. Прерывая сон мышей в разные моменты и затем проверяя, насколько хорошо они помнят выученные задачи, исследователи смогли проанализировать эти процессы. Когда мышь переходит в фазу медленного сна, её зрачок сужается, и именно в этот момент недавно выученные задачи — то есть новые воспоминания — реактивируются и закрепляются, в то время как предыдущие знания не сохраняются. И наоборот, более старые воспоминания воспроизводятся и интегрируются, когда зрачок расширен.

«Это похоже на процесс обучения: новые знания, старые знания, новые знания, старые знания — и всё это медленно меняется во время сна, — говорит Олива. — Мы предполагаем, что у мозга есть промежуточный временной интервал, который отделяет новые знания от старых».

Ссылка: «Микроструктура сна организует воспроизведение воспоминаний» Хонгю Чан, Вэньбо Тан, Аннабелла М. Вульф, Токозиле Ньясулу, Мэдисон Э. Вульф, Антонио Фернандес-Руис и Азахара Олива, 1 января 2025 г., Nature. DOI: 10.1038/s41586-024-08340-w

Источник: SciTechDaily