Размер зрачков во время сна может указывать на то, какие воспоминания вы переживаете заново

Пока наше тело каждый день погружается в сон, мозг продолжает активно трудиться, перебирая записи прошедшего дня и осмысливая их с учётом прошлого опыта.

Как именно обрабатываются свежие воспоминания, не смешиваясь со старыми, долгое время оставалось неясным: учёные выдвигали различные гипотезы о том, как мозг разделяет воспоминания во время сна.

Исследователи из Корнеллского университета в США закрепили на мышах электроды для сканирования мозга и крошечные камеры для отслеживания взгляда, наблюдая за ними, когда они обучались новым задачам днём (например, ориентированию в лабиринте) и спали ночью. (Любопытный факт: мыши могут спать с открытыми глазами.)

Команда обнаружила две подфазы, происходящие во время медленного сна (NREM) — того самого восстановительного периода, имеющего решающее значение для формирования памяти. В одной из них воспроизводились новые воспоминания, что совпадало с сужением зрачков. Другая подфаза сопровождалась извлечением более старых воспоминаний при расширенных зрачках. Эти фазы быстро сменяли друг друга.

Полученные результаты помогают ответить на вопрос, почему закрепление новых воспоминаний не стирает старые — например, как можно учиться играть на пианино, не забывая, как ездить на велосипеде. Чтобы подтвердить эти результаты, аналогичный анализ потребуется провести и на людях, хотя у нашего мозга и много общего с мозгом мышей.

«Наши результаты показывают, что мозг способен мультиплексировать различные когнитивные процессы во время сна, облегчая непрерывное обучение без взаимных помех», — пишут исследователи в своей опубликованной работе.

Предыдущие исследования уже выявляли связь между размером зрачков и фазой сна, а также между фазой сна и формированием памяти, однако данная работа добавляет совершенно новый уровень детализации в понимание этих взаимосвязей.

До сих пор велись активные споры о том, как именно мозг встраивает новые воспоминания среди старых во время сна — в частности, насколько разделены и целенаправленны эти процессы.

Команда также обнаружила, что блокирование остроконечных волн и ряби (SWR), которые, как известно, влияют на сохранение памяти, в моменты сужения зрачков у мышей ограничивало их способность запоминать что-либо новое.

«Это похоже на чередование: новое обучение, старые знания, новое обучение, старые знания — и этот процесс плавно колеблется на протяжении всего сна», — говорит нейробиолог Асахара Олива из Корнеллского университета.

«Мы предполагаем, что у мозга есть этот промежуточный временной масштаб, который отделяет новое обучение от старых знаний».

Последствия этого исследования весьма масштабны: наличие неинвазивного способа мониторинга работы мозга может помочь, например, в лечении нарушений памяти или в её улучшении.

Результаты также подкрепляют гипотезы о том, почему наш мозг и компьютерные системы рискуют забывать старую информацию в больших масштабах. В сфере искусственного интеллекта это явление известно как катастрофическое забывание, и это одна из областей, где машины всё ещё значительно отстают от биологии.

«Это открытие предлагает потенциальное решение давней проблемы как биологических, так и искусственных нейронных сетей: как предотвратить катастрофическое вмешательство и одновременно обеспечить интеграцию памяти», — пишут исследователи.

Исследование опубликовано в журнале Nature.