研究小组利用装有脑电极和微型眼动仪的小鼠发现，在非快速眼动睡眠的一个特定子阶段，当瞳孔收缩时，新记忆会被重放和巩固。 当瞳孔放大时，大脑会重温并强化旧记忆。 这种区分这两个睡眠子阶段的能力受一种新发现的微观结构支配，可防止”灾难性遗忘”–即在新记忆形成时丢失旧记忆。

这些见解可以为改进人类记忆增强技术铺平道路，并帮助计算机科学家设计出更高效的人工神经网络。 这项研究发表在1月1日的《自然》（Nature）杂志上，由助理教授阿扎哈拉-奥利瓦（Azahara Oliva）和安东尼奥-费尔南德斯-鲁伊斯（Antonio Fernandez-Ruiz）领导。

在一个月的时间里，一组小鼠接受了各种任务，如在迷宫中收集水或饼干奖励。 然后给小鼠安装脑电极和微型间谍相机，这些相机挂在小鼠的眼睛前方，以跟踪它们的瞳孔动态。 一天，小鼠学习了一项新任务，当它们睡着时，电极捕捉到了它们的神经活动，摄像机记录下了它们瞳孔的变化。

奥利瓦说：”非快速眼动睡眠是真正巩固记忆的时刻，这些时刻非常非常短暂，人类无法察觉，比如100毫秒。 在整个夜晚，大脑是如何分配这些非常快速、非常短暂的记忆筛选的？ 又是如何将新进入的知识分离出来 而又不影响我们头脑中已有的旧知识呢？”

记录结果表明，睡眠小鼠的时间结构比以前想象的更加多样，也更类似于人类的睡眠阶段。 通过在不同的时刻打断小鼠的睡眠，然后测试它们对所学任务的回忆程度，研究人员能够解析睡眠过程。 当小鼠进入非快速眼动睡眠子阶段时，它的瞳孔会缩小，这时最近学习的任务（即新记忆）会被重新激活和巩固，而以前的知识则不会被激活和巩固。 相反，当瞳孔放大时，旧的记忆会被重放和整合。

奥利瓦说：”这就像新知识、旧知识、新知识、旧知识，在整个睡眠过程中缓慢波动。我们提出，大脑有一个中间时标，将新的学习和旧的知识区分开来。”

DOI: 10.1038/s41586-024-08340-w