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《自然》:睡得好才能记忆好,原来是眼睛帮了大忙!瞳孔变化避免了大脑记忆“崩溃”

医学新视点  · 公众号  ·  · 2025-01-07 21:15

正文

▎药明 康德内容团队编辑

我们都听过一句话:“眼睛是心灵的窗户”。而如今科学家发现, 眼睛不仅是心灵的窗户,更有可能是记忆的守卫者。


我们在清醒时会接收海量的信息,面对这些纷繁的信息,大脑需要在睡眠期间及时进行处理,重复和巩固特定信息用以形成新记忆。 不过,这一过程并非只是新记忆的专属,旧记忆也需要在睡眠期间重新激活从而得到巩固。如果没有任何干预,两组记忆之间会互相干扰。但实际上,我们并没有经历这种新旧记忆混淆的感觉。


图片来源: 123RF

最近,来自康奈尔大学的研究团队在《自然》杂志揭开了其中的谜团。 研究者发现在非快速眼动期(NREM)的记忆形成阶段,新旧记忆会进行交错式的重现、激活和巩固。 另外,这种动态的记忆形成并非无迹可寻,它的秘密就藏在眼睛的瞳孔中。 在NREM期间,瞳孔的收缩与扩张分别对应新记忆与旧记忆的形成。 这种前所未见的微结构能够将不同的记忆区分开,避免某段记忆巩固时将另一段记忆抹去的“灾难性遗忘”事件发生。


在这项研究中,研究者首先让小鼠参与了多种与记忆相关的任务,比如让它们通过复杂的迷宫来获取水源或饼干,以此构成奖励记忆形成的基础。在这些任务开始或结束之后,小鼠会经历2小时的睡眠时间。

除了借助常规的脑电极来分析睡眠期间的大脑活动,研究者还采用了一种特殊的微型相机来跟踪小鼠的瞳孔状态。根据收集到的信息, 研究发现小鼠在进入NREM后,瞳孔会经历收缩-扩张的周期性变化 ,并且此时小鼠大脑会伴随产生记忆形成相关的尖波涟漪。相对来说,瞳孔收缩时的尖波涟漪要更加活跃。

作者发现,破坏NREM期间的尖波涟漪会对小鼠的记忆形成带来毁灭性的破坏,它们几乎失去了重新检索奖励的能力。但这还没有完全揭开记忆与瞳孔变化的谜团:不同的瞳孔变化是否对应着新旧记忆的错峰巩固?

▲瞳孔的收缩-扩张周期变化对应了新旧记忆的形成与巩固 (图片来源:参考资料[1])

随后,他们对干扰实验进行了进一步的细分。作者先让小鼠执行记忆任务,然后在接下来的睡眠中干扰瞳孔收缩时的尖波涟漪,这时,小鼠在清醒之后无法迅速找到刚刚还知道的奖赏位置。但如果只是破坏它们瞳孔扩张时的尖波涟漪,小鼠的记忆检索能力并没有出现问题,这暗示着 短期新记忆的形成与瞳孔收缩有着潜在联系。

在另一项实验中,作者首先让小鼠通过多次训练熟悉一个奖励位置,然后训练它们找到一个全新的奖励位置。此时,在睡觉时破坏瞳孔收缩时的尖波涟漪,只会影响它们重新找到新奖励位置,而对寻找旧位置没有影响;而破坏瞳孔扩张时的尖波涟漪则会产生相反的结果。

这也表明 瞳孔收缩对应着近期新记忆的形成,而瞳孔扩张则对应旧记忆的巩固 。在NREM期间,这种瞳孔的收缩-扩张周期变化也构成了记忆的重放方式,新旧记忆可以短暂进行分离。“这就像新知识、旧知识在你的睡眠期间缓慢波动,大脑中的特定时间尺度会帮你将新旧知识区分开来。”研究的通讯作者Azahara Oliva教授表示。


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