Иллюстрация Midjourney.

В тусклом свете лаборатории мыши мирно спали, как и каждую вторую ночь. Но это был не обычный вечерний сон. Ученые установили специальное оборудование, в том числе крошечные камеры, которые записывали движение зрачков грызунов во время их сна. Так исследователи из Корнеллского университета обнаружили, что эти мимолетные моменты отдыха связаны не только с восстановлением — они представляют собой театр консолидации памяти, воспроизводящий прошлое и защищающий будущее.

Исследователи обнаружили удивительную связь между размером зрачков во время сна и тем, как обрабатываются воспоминания. Их результаты могут дать ключ к улучшению памяти у людей и даже вдохновить на развитие искусственного интеллекта.

Глаза никогда не лгут (даже когда ты спишь)

Память – вещь хрупкая и мимолетная. Это позволяет нам держаться за лица близких, перемещаться по знакомым улицам и осваивать новые навыки. Но как мозг сохраняет старые воспоминания нетронутыми, освобождая место для новых? Ученые ломали голову над этим на протяжении десятилетий, особенно над явлением, известным как «катастрофическое забывание», когда новая информация перезаписывает старые знания.

«Быстрый сон — это когда происходит фактическая консолидация памяти, и эти моменты представляют собой очень, очень короткие периоды времени, невидимые для людей, например, 100 миллисекунд», — объяснил Азахара Олива, доцент Корнеллского университета и один из руководителей исследования.

Олива и ее команда научили мышей ряду задач — перемещению по лабиринтам, сбору лакомств — а затем наблюдали за их мозгом и зрачками, пока они спали. Они заметили закономерность: во время определенной подстадии медленного сна зрачки мышей сужаются, сигнализируя об закреплении недавно изученных задач. Позже, когда зрачки расширились, старые воспоминания были пересмотрены и подкреплены.

«Это похоже на новое обучение, старое знание, новое обучение, старое знание, и оно медленно колеблется на протяжении сна», — сказал Олива.

Сон делится на две основные стадии: быструю (быстрое движение глаз) и медленную. Немедленный сон — это ремонтная мастерская организма, где дыхание замедляется, мышцы расслабляются, а воспоминания незаметно закрепляются на более глубоких фазах. Это время восстановления, как физического, так и морального. Затем наступает быстрый сон, более загадочная фаза, отмеченная бегущими глазами под закрытыми веками, повышенной мозговой активностью и яркими сновидениями.

Исследование раскрывает ранее неизвестную микроструктуру медленного сна, при которой мозг попеременно обрабатывает новые и старые воспоминания. Нарушая сон в критические моменты, исследователи обнаружили, что мышам было трудно вспомнить либо недавние, либо старые задачи, в зависимости от времени нарушения.

Антонио Фернандес-Руис, соавтор исследования, утверждает, что «похоже, что мозг имеет промежуточную шкалу времени для организации обработки памяти во время сна, предотвращая взаимодействие между новым и старым».

Эти результаты бросают вызов традиционному пониманию медленного сна как однородного состояния. Вместо этого исследователи обнаружили динамический процесс, при котором мозг циклически проходит через отдельные фазы работы памяти, что отражается в ритмических изменениях размера зрачков.

Последствия для человечества и за его пределами

Хотя исследование было сосредоточено на мышах, последствия для людей дразнящие. Проблемы с памятью беспокоят миллионы людей: от студентов, готовящихся к экзаменам, до пациентов с нейродегенеративными заболеваниями. Понимание естественной системы разделения памяти в мозге может проложить путь к новым методам лечения.

Более того, исследование обещает развитие искусственного интеллекта. Нейронные сети, основа систем искусственного интеллекта, часто сталкиваются с проблемами, похожими на катастрофическое забывание. Понимание того, как мозг защищает и консолидирует воспоминания, может вдохновить на создание более надежных алгоритмов машинного обучения.

На данный момент скромная мышь и ее суженные зрачки являются звездами истории, которая меняет наше понимание сна и памяти. «Мы только начинаем понимать невероятную сложность того, что происходит, когда мы закрываем глаза», — сказал Олива. «Можно еще многое узнать».

Результаты были опубликованы в журнале Природа .