康奈爾大學：研究發現瞳孔變化與記憶鞏固關係

研究小組利用裝有腦電極和微型眼動儀的小鼠發現，在非快速眼動睡眠的一個特定子階段，當瞳孔收縮時，新記憶會被重放和鞏固。 當瞳孔放大時，大腦會重溫並強化舊記憶。 這種區分這兩個睡眠子階段的能力受一種新發現的微觀結構支配，可防止”災難性遺忘”–即在新記憶形成時丟失舊記憶。

這些見解可以為改進人類記憶增強技術鋪平道路，並幫助電腦科學家設計出更高效的人工神經網路。 這項研究發表在1月1日的《自然》（Nature）雜誌上，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。

在一個月的時間裡，一組小鼠接受了各種任務，如在迷宮中收集水或餅乾獎勵。 然後給小鼠安裝腦電極和微型間諜相機，這些相機掛在小鼠的眼睛前方，以跟蹤它們的瞳孔動態。 一天，小鼠學習了一項新任務，當它們睡著時，電極捕捉到了它們的神經活動，攝像機記錄下了它們瞳孔的變化。

奧利瓦說：”非快速眼動睡眠是真正鞏固記憶的時刻，這些時刻非常非常短暫，人類無法察覺，比如100毫秒。 在整個夜晚，大腦是如何分配這些非常快速、非常短暫的記憶篩選的？ 又是如何將新進入的知識分離出來 而又不影響我們頭腦中已有的舊知識呢？”

記錄結果表明，睡眠小鼠的時間結構比以前想象的更加多樣，也更類似於人類的睡眠階段。 透過在不同的時刻打斷小鼠的睡眠，然後測試它們對所學任務的回憶程度，研究人員能夠解析睡眠過程。 當小鼠進入非快速眼動睡眠子階段時，它的瞳孔會縮小，這時最近學習的任務（即新記憶）會被重新啟用和鞏固，而以前的知識則不會被啟用和鞏固。 相反，當瞳孔放大時，舊的記憶會被重放和整合。

奧利瓦說：”這就像新知識、舊知識、新知識、舊知識，在整個睡眠過程中緩慢波動。我們提出，大腦有一箇中間時標，將新的學習和舊的知識區分開來。”

DOI: 10.1038/s41586-024-08340-w