Исследователи Корнеллского университета сделали важное открытие: зрачки глаз могут рассказать, как и когда мозг формирует долговременные воспоминания. В ходе экспериментов с мышами, оснащенными мозговыми электродами и миниатюрными камерами для отслеживания движения глаз, ученые выяснили, что во время медленного сна воспоминания сортируются по возрасту — новые и старые обрабатываются в разные периоды.
Когда зрачки сужаются, мозг активирует недавние воспоминания, а их закрепление происходит в подстадии медленного сна. В то же время, при расширении зрачков мозг активизирует более старые воспоминания, интегрируя их с новыми. Это открытие показывает, как мозг избегает «катастрофического забывания», когда одни воспоминания стирают другие.
Работа была проведена под руководством доцентов Азахары Оливы и Антонио Фернандеса-Руиса и опубликована в журнале Nature. Она открывает перспективы для улучшения памяти у людей и повышения эффективности работы искусственных нейронных сетей.
Как проходило исследование?
В течение месяца исследователи обучали мышей выполнять различные задачи, такие как прохождение лабиринта или сбор воды. За их зрачками следили специальные «шпионские» камеры, а электроды фиксировали мозговую активность во время сна. После каждого обучающего этапа ученые наблюдали, как воспоминания воспроизводятся в зависимости от подстадии сна.
«Медленный сон — это ключевой этап консолидации памяти, но эти моменты занимают всего сотые доли секунды. Наша задача — понять, как мозг успевает обработать такое количество информации за столь короткие периоды», — объясняет Олива.
Записи показали, что структура сна у мышей более сложна, чем считалось ранее, и имеет сходство со стадиями сна человека. Мыши, которых будили в определенные моменты сна, демонстрировали снижение способности вспоминать изученные задачи. Анализ подтвердил: новые знания активируются в фазе, связанной с сузившимися зрачками, а воспоминания, накопленные ранее, обрабатываются при их расширении.
«Процесс похож на ритмичное чередование: новые воспоминания, старые воспоминания, снова новые, снова старые. Это колебание помогает мозгу эффективно распределять знания и избегать путаницы», — заключает Олива.
Это открытие позволяет глубже понять механизмы работы памяти и может открыть пути для разработки методов улучшения запоминания у людей. Более того, знания о распределении воспоминаний могут помочь в создании более продвинутых алгоритмов для искусственного интеллекта.