康奈爾大學：睡眠時瞳孔大小竟影響記憶

發表在《自然》雜誌上的一項新研究表明，瞳孔大小對於理解大腦如何以及何時形成強大且持久的記憶至關重要。美國康奈爾大學的研究人員把電極連接在老鼠的大腦上，並用眼動追蹤相機跟蹤這些齧齒動物，以研究記憶鞏固機制。這項研究由助理教授阿扎哈拉·奧利瓦（Azahara Oliva）和安東尼奧·費爾南德斯 - 魯伊斯（Antonio Fernandez-Ruiz）領導。

研究人員教老鼠完成在迷宮中尋找水和食物之類的任務，並在它們睡覺時跟蹤它們的大腦活動和瞳孔大小。當一隻老鼠學習一項新任務併入睡時，電極捕捉到其大腦活動，相機記錄瞳孔變化，讓研究人員能夠剖析這些過程。

在非快速眼動睡眠期間，眼睛通常保持不動，不過瞳孔會在小直徑與大直徑之間來回變化，反映出不同的子階段和睡眠深度。記錄表明，睡眠小鼠的時間結構比之前所認爲的更接近人類的睡眠階段。這些波動並非隨機；它們精確地分佈在非深度睡眠階段。

據《獨立報》報道，奧利瓦解釋道：“非快速眼動睡眠期間會實際進行記憶鞏固，這些時刻極其短暫，短到人類無法察覺，比如只有 100 毫秒。”儘管持續時間很短，但這些時期對大腦處理新信息的方式有影響。

當一隻老鼠進入非快速眼動睡眠的子階段時，它的瞳孔就會收縮，大腦好像會重放近期學習的任務或者新的記憶。相反，當瞳孔擴張時，大腦好像會重放更舊的記憶，並把它們整合進以前的知識當中。“我們覺得大腦存在這樣一箇中間時間尺度，能將新學習的和舊知識分開，”奧利瓦說道，據《發現》雜誌報道。“這就好比新學習、舊知識、新學習、舊知識，在整個睡眠過程中緩緩地波動，”奧利瓦補充說。

通過在不同時刻干擾小鼠睡眠，隨後測試它們對所學任務的回憶狀況，研究人員能夠更好地理解這一過程。該團隊在小鼠瞳孔直徑較小時或較大時干擾其睡眠，進而能夠確定哪些瞳孔大小與新老記憶的重現相關。研究結果顯示，當瞳孔直徑較小時，於非快速眼動睡眠的子階段會重新激活新記憶；而當瞳孔直徑較大時，則會重放舊記憶。

瞭解大腦在睡眠期間怎樣鞏固記憶，一直是神經科學領域中一個長期存在的問題。研究人員長期以來一直努力去了解記憶鞏固的機制，其中包括防止“災難性遺忘”的過程，也就是新記憶的存儲會抹去舊記憶。這種安排維持了認知平衡，避免了這種遺忘，使得大腦能夠將新記憶的鞏固和舊記憶區分開來。

《發現》雜誌報道：“這種時間組織能讓大腦爲每種類型的信息分配‘特殊時間’。”所以，新記憶在不干擾舊記憶的情況下被重新處理，爲記憶研究提供了新的可能，也爲人類未來的記憶技術和治療提供了參考信息。

這項研究的影響不止於神經科學領域。

研究成果或許能助力計算機科學家訓練人工神經網絡，讓其更具效率，進而爲更高效的人工智能模型的發展貢獻力量。

大腦在整個夜晚是怎樣快速、短暫地進行這些記憶篩選的？它又是怎樣以一種不會干擾我們腦海中已存舊知識的方式來分離新輸入的知識的？

據《幻影新聞》的報道，奧利瓦提出了此問題。

這項研究獲得了美國國立衛生研究院、斯隆基金會、懷特霍爾基金會、克林根斯坦 - 西蒙斯獎學金計劃以及克拉曼獎學金計劃的支持。