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

Изучая мышей, оснащенных мозговыми электродами и крошечными камерами слежения за глазами, исследователи определили, что новые воспоминания воспроизводятся и консолидируются, когда зрачок сужается во время подстадии медленного сна. Когда зрачок расширяется, процесс повторяется для старых воспоминаний.

Способность мозга разделять эти две подстадии сна с помощью ранее неизвестной микроструктуры предотвращает «катастрофическое забывание», при котором консолидация одного воспоминания стирает другое.

Результаты могут привести к лучшим методам улучшения памяти для людей и могут помочь ученым-компьютерщикам тренировать искусственные нейронные сети, чтобы они были более эффективными. Исследование, опубликованное в Nature , проводилось под руководством доцентов Азахара Олива и Антонио Фернандес-Руис.

В течение месяца группу мышей обучали различным задачам, таким как сбор воды или печенья в качестве вознаграждения в лабиринте. Затем мышам вживили мозговые электроды и крошечные шпионские камеры, которые висели перед их глазами, чтобы отслеживать динамику их зрачков. Однажды мыши выучили новую задачу, и когда они заснули, электроды зафиксировали их нейронную активность , а камеры записали изменения в их зрачках.

«Не-БДГ-сон — это когда происходит фактическая консолидация памяти, и эти моменты — очень, очень короткие периоды времени, которые не поддаются обнаружению человеком, например, 100 миллисекунд», — сказал Олива. «Как мозг распределяет эти очень быстрые и очень короткие отсев памяти в течение всей ночи? И как это разделяет новые поступающие знания таким образом, чтобы они не мешали старым знаниям, которые уже есть у нас в голове?»

Записи показали, что временная структура спящих мышей более разнообразна и больше похожа на стадии сна у людей, чем считалось ранее. Прерывая сон мышей в разные моменты и позже проверяя, насколько хорошо они вспоминали свои выученные задачи, исследователи смогли проанализировать процессы.

Когда мышь входит в подстадию не-БДГ-сна, ее зрачок сужается, и именно здесь недавно изученные задачи — т. е. новые воспоминания — реактивируются и консолидируются, в то время как предыдущие знания — нет. И наоборот, старые воспоминания воспроизводятся и интегрируются, когда зрачок расширяется.

«Это как новое обучение, старое знание, новое обучение, старое знание, и это медленно колеблется на протяжении всего сна», — сказал Олива. «Мы предполагаем, что у мозга есть эта промежуточная временная шкала, которая отделяет новое обучение от старого знания».