В тишине сна едва заметные изменения размера зрачков у мышей раскрывают поразительную тайну: как мозгу удается сохранять старые воспоминания, одновременно формируя новые.
В приглушенном свете лаборатории мыши мирно спали, как и любой другой ночью. Но этот сон был особенным. Ученые установили специальное оборудование, в том числе крошечные камеры, которые фиксировали движения зрачков грызунов во время сна. Именно так исследователи из Корнелльского университета обнаружили, что эти мимолетные моменты покоя — не просто восстановление сил, а настоящий театр памяти, где мозг воспроизводит прошлое и оберегает будущее.
Ученые нашли удивительную связь между размером зрачков во время сна и тем, как обрабатываются воспоминания. Их открытие может дать ключ к улучшению памяти у людей и даже вдохновить на новые достижения в области искусственного интеллекта.
Глаза не лгут (даже когда вы спите)
Память — вещь хрупкая и мимолетная. Она позволяет нам помнить лица близких, ориентироваться на знакомых улицах и осваивать новые навыки. Но как мозгу удается сохранять старые воспоминания, одновременно освобождая место для новых? Ученые десятилетиями ломали над этим голову, особенно над феноменом, известным как «катастрофическое забывание», когда новая информация вытесняет старые знания.
«Именно во время фазы медленного сна происходит консолидация памяти, и эти моменты — очень короткие промежутки времени, незаметные для человека, порядка 100 миллисекунд», — объясняет Асахара Олива, доцент Корнелльского университета и одна из руководителей исследования.
Олива и ее команда обучили мышей ряду задач — проходить лабиринты, собирать лакомства — а затем наблюдали за их мозгом и зрачками во время сна. Они заметили закономерность: во время определенной подфазы медленного сна зрачки мышей сужались, сигнализируя о закреплении новых навыков. Позже, когда зрачки расширялись, происходило обращение к более старым воспоминаниям и их укрепление.
«Это похоже на чередование: новое обучение, старые знания, новое обучение, старые знания, такие медленные колебания на протяжении всего сна», — говорит Олива.
Сон делится на две основные фазы: быстрый сон (REM) и медленный сон (NREM). Медленный сон — это мастерская по ремонту организма, где дыхание замедляется, мышцы расслабляются, а в самых глубоких фазах происходит незаметная консолидация памяти. Это время восстановления, как физического, так и психического. Затем наступает быстрый сон, более загадочная фаза, характеризующаяся быстрыми движениями глаз под закрытыми веками, повышенной активностью мозга и яркими сновидениями.
Исследование раскрывает ранее неизвестную микроструктуру медленного сна, в которой мозг попеременно обрабатывает новые и старые воспоминания. Нарушая сон мышей в критические моменты, исследователи обнаружили, что грызуны испытывали трудности с воспроизведением как недавно выученных задач, так и более старых, в зависимости от времени прерывания сна.
Антонио Фернандес-Руис, соавтор исследования, утверждает: «Похоже, что мозг использует промежуточный временной масштаб для организации обработки памяти во время сна, предотвращая интерференцию между новым и старым».
Эти результаты опровергают традиционное представление о медленном сне как об однородном состоянии. Вместо этого исследователи обнаружили динамический процесс, в котором мозг циклически проходит через различные фазы работы с памятью, что отражается в ритмичных изменениях размера зрачков.
Последствия для людей и не только
Хотя исследование проводилось на мышах, его значение для человека трудно переоценить. Проблемы с памятью затрагивают миллионы людей — от студентов, зубрящих перед экзаменами, до пациентов с нейродегенеративными заболеваниями. Понимание естественной системы мозга для разделения памяти может проложить путь к новым методам лечения.
Более того, исследование многообещающе и для искусственного интеллекта. Нейронные сети, основа систем ИИ, часто сталкиваются с проблемами, подобными катастрофическому забыванию. Понимание того, как мозг защищает и закрепляет воспоминания, может вдохновить на создание более устойчивых алгоритмов машинного обучения.
Пока что скромная мышь и ее сужающиеся зрачки — главные герои истории, которая меняет наше представление о сне и памяти. «Мы только начинаем понимать невероятную сложность того, что происходит, когда мы закрываем глаза», — говорит Олива. — «Нам предстоит еще многое открыть».
Читайте также: Почему воспоминания служат одновременно источником утешения и причиной боли?