近日，美国康奈尔大学的科研团队取得了一项关于记忆形成机制的重大发现，该研究揭示了瞳孔在大脑构建牢固且持久记忆过程中的关键作用。主导此项研究的是康奈尔大学的助理教授阿扎哈拉・奥利瓦（Azahara Oliva）以及安东尼奥・费尔南德斯 - 鲁伊斯（Antonio Fernandez-Ruiz），其研究成果已刊载于权威学术期刊《自然》之上。
研究团队运用前沿技术，对实验小鼠展开了深入探究。他们为小鼠装配了高精度的脑电极以及超微型眼球追踪摄像头，以此来精准监测小鼠睡眠状态下的脑部神经活动与瞳孔细微变化。在为期一个月的实验周期内，研究人员首先训练小鼠完成各类复杂任务，诸如让小鼠在迷宫中探索，以获取水或美味饼干等奖励，促使小鼠形成不同阶段的记忆。
当小鼠完成新任务并进入睡眠后，实验装置开始发挥关键作用。脑电极实时捕捉小鼠脑部神经元的电信号活动，而微型摄像头则聚焦于小鼠的瞳孔，记录下每一丝动态变化。奥利瓦教授指出：“非快速眼动睡眠阶段乃是记忆巩固的关键窗口期，然而这些关键瞬间极其短暂，往往仅有 100 毫秒，以人类的感知能力根本难以察觉。大脑究竟如何在漫漫黑夜里，巧妙且高效地分配这些转瞬即逝的记忆筛选与强化环节？又是怎样精准区分新近习得的知识与早已存储的旧记忆，避免二者相互干扰呢？”
实验数据表明，小鼠睡眠时的时间结构远比先前认知的更为复杂精细，与人类睡眠阶段呈现出诸多相似特性。研究人员通过在小鼠睡眠的不同时段进行人为干预，中断其睡眠进程，随后对小鼠完成任务的记忆回溯能力展开测试，进而逐步解析出大脑记忆巩固的内在逻辑。
研究发现，当小鼠踏入非快速眼动睡眠的特定子阶段时，其瞳孔会出现规律性收缩，此刻，新近学习的任务所对应的新记忆正处于活跃的重放与强化巩固阶段，而过往的旧知识则处于相对静默状态，不受干扰。反之，当瞳孔呈现放大状态时，大脑则切换至对旧记忆的回溯与重新整合流程，强化旧记忆在大脑神经回路中的印记。
奥利瓦教授形象地描述道：“整个睡眠过程就如同一场精妙编排的知识乐章，新学习、旧知识交替奏响，缓缓流淌。我们的研究有力地证实了大脑内部存在一种精妙的中等时间尺度调控机制，它如同一位严谨的图书管理员，有条不紊地将新入库的知识与陈旧典籍分别归档，互不混淆，从而确保记忆系统的有序运行，有效规避‘灾难性遗忘’现象，即防止新记忆的录入覆盖或擦除旧有的珍贵记忆。”
此项研究成果不仅为人类深入理解自身记忆奥秘开辟了全新路径，有望催生出一系列提升人类记忆效能的创新技术；同时，也为计算机科学领域提供了宝贵灵感，助力计算机科学家优化人工神经网络的训练策略，使其在信息处理与知识学习方面更加智能高效。未来，随着对该机制研究的持续深入，或许人类将能更加随心所欲地掌控自身记忆，解锁大脑潜能的更多封印。
参考文献：Sleep micro-structure organizes memory replay, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08340-w
编辑：王洪
排版：李丽
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