康奈尔大学的研究人员发现，瞳孔是了解大脑如何以及何时形成强大而持久的记忆的关键。通过研究配备有脑电极和微型眼动追踪摄像头的老鼠，研究人员发现，在非快速眼动睡眠阶段，当瞳孔收缩时，新的记忆会被重现和巩固；而当瞳孔扩大时，旧记忆会重复这一过程。大脑利用一种此前未知的微结构将睡眠的这两个子阶段分开，从而防止“灾难性遗忘”——即一个记忆的巩固会抹去另一个记忆。这一发现可能有助于开发出更好的人类记忆增强技术，并可能帮助计算机科学家训练人工神经网络，使其更加高效。该研究发表在《自然》杂志上，由助理教授Azahara Oliva和Antonio Fernandez-Ruiz领导。

在一个月的时间里，一组老鼠被教导了各种任务，比如在迷宫中收集水或饼干奖励。然后，老鼠被装上脑电极和挂在它们眼前的微型间谍相机，以跟踪它们的瞳孔动态。有一天，老鼠学会了一项新任务，当它们睡着时，电极捕捉到它们的神经活动，相机记录下它们瞳孔的变化。

“非快速眼动睡眠是记忆巩固的真正发生阶段，这些时刻非常非常短暂，人类无法察觉，比如100毫秒，”奥利瓦说。“大脑如何在整个晚上分配这些非常快且非常短暂的记忆筛选？它如何将新知识分开，以使其不干扰我们头脑中已有的旧知识？”

记录显示，睡眠小鼠的时间结构比之前认为的更加多样化，与人类的睡眠阶段更加相似。通过在不同时刻打断小鼠的睡眠，然后测试它们对所学任务的回忆能力，研究人员能够解析这些过程。当小鼠进入非快速眼动睡眠阶段时，其瞳孔会收缩，此时最近学习到的任务（即新记忆）被重新激活和巩固，而之前的知识则不会。相反，当瞳孔扩大时，旧记忆会被重现和整合。

“这就像新知识、旧知识、新知识、旧知识，它们在整个睡眠过程中缓慢波动，”奥利瓦说。“我们认为大脑有这种中间时间尺度，将新知识与旧知识区分开来。”

更多信息：睡眠微结构组织记忆重放，《自然》（2024）。DOI: 10.1038/s41586-024-08340-w