“災難性遺忘”指的是當新記憶形成時，舊記憶會被扭曲或覆蓋的現象。其發生的原因在于新舊記憶之間的干擾。在一項于近期發表在《自然》雜志上的研究中，一組研究人員通過對小鼠進行實驗，對腦是如何避免“災難性遺忘”的提供了新的見解。研究人員推測，他們在小鼠身上發現的記憶處理機制，可能也存在于人腦中。

記憶鞏固與重放機制

腦是如何鞏固記憶的？一種可能的機制是在非快速眼動（NREM）睡眠期間，腦通過“重放”最近的經歷來鞏固記憶。所謂“重放”，是指與某段經歷相關的神經元會按照相同的順序被激活，從而幫助將新信息轉化為長期記憶。

然而，大部分關于記憶重放的證據來自嚙齒動物的研究，這些研究通常假設非快速眼動睡眠是一個均勻的狀態。但實際上，非快速眼動睡眠在不同物種中可能由不同的階段組成，每個階段與不同的記憶處理過程相關。

基于這一點，新的研究提出，非快速眼動睡眠可能存在尚未被識別的微結構，其中某些階段專門用于鞏固新記憶，而另一些階段則負責重放和處理舊記憶。

過去，科學家們早已發現，瞳孔變化對腦狀態的變化具有高度敏感性，因此可以作為評估睡眠動態的有效指標。然而，關于嚙齒動物在非快速眼動睡眠期間瞳孔動態的研究數據仍然較為有限。為此，在這項新研究中，研究人員利用了小鼠在睡眠時部分睜眼的特性，開發了一種實時瞳孔追蹤技術，詳細監測了實驗小鼠在自由活動與睡眠期間的瞳孔變化。

他們觀察到，在小鼠的非快速眼動睡眠中，瞳孔會反復收縮和放大，每個周期持續大約一分鐘。神經元記錄顯示，大多數的“重放”發生在瞳孔收縮階段?；谶@一發現，研究人員提出了一個疑問：瞳孔的大小是否與記憶處理之間存在某種關聯？

瞳孔變化與記憶處理

為了探究這一問題，研究人員采用了一種光控遺傳修飾技術，通過光來觸發或抑制腦中特定的神經元電活動。

在實驗開始之前，他們先對經過了基因改造的小鼠進行訓練，要求它們在一個T型迷宮中尋找水或食物。在訓練結束后，研究人員會在小鼠睡覺時，使用光遺傳技術抑制與記憶“重放”相關的神經元放電。

具體來說，他們分別在小鼠瞳孔收縮和放大的非快速眼動睡眠階段進行了這種干預。觀察結果顯示，當神經元放電在瞳孔收縮階段受到抑制時，小鼠醒來后完全忘記了食物的位置，這表明它們的記憶被清除。相比之下，當在瞳孔放大階段抑制神經元放電時，小鼠醒來后能夠直接找到食物，表明新記憶得以保留。

此外，研究人員還進行了一些其他測試，測試結果表明，瞳孔放大的睡眠階段對舊記憶的處理具有特殊作用：此階段有助于鞏固那些在睡前幾天已形成的記憶，而非當天形成的新記憶。

新的線索

總的來說，這項研究揭示了在瞳孔放大階段，小鼠的腦保留了舊記憶；而在瞳孔收縮階段，新記憶得以吸收。這種雙階段處理機制為解決“如何在學習新信息的同時，保持舊記憶完整”這一問題提供了可能的答案。

這項研究為我們深入理解腦如何有序地處理新舊記憶提供了重要的見解。它表明，已建立記憶和新記憶的處理并不是完全混合的，避免了因記憶沖突導致的干擾。相反，腦能夠通過有效的時間性分隔，確保記憶的鞏固與整合。

此外，這一發現也為人工神經網絡提供了啟示。作為模擬腦工作的算法，人工神經網絡面臨著類似“災難性遺忘”的問題。在這一領域，借鑒腦在處理記憶時的時序分離機制，有可能為開發更加穩定、智能的人工智能系統提供新思路，避免記憶之間的干擾，從而提升其學習和適應能力。這一跨領域的探索，不僅讓我們更加接近理解腦的奧秘，也為人工智能的未來發展開辟了新的方向。

#創作團隊：

編譯：糖獸

排版：雯雯

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08340-w

https://www.nature.com/articles/d41586-024-04232-1

https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250101132020.htm

#圖片來源：

封面圖&首圖：TheDigitalArtist / Pixabay