《自然》：睡得好才能记忆好，原来是眼睛帮了大忙！瞳孔变化避免了大脑记忆“崩溃”

▎药明康德内容团队编辑

我们都听过一句话：“眼睛是心灵的窗户”。而如今科学家发现，眼睛不仅是心灵的窗户，更有可能是记忆的守卫者。

我们在清醒时会接收海量的信息，面对这些纷繁的信息，大脑需要在睡眠期间及时进行处理，重复和巩固特定信息用以形成新记忆。不过，这一过程并非只是新记忆的专属，旧记忆也需要在睡眠期间重新激活从而得到巩固。如果没有任何干预，两组记忆之间会互相干扰。但实际上，我们并没有经历这种新旧记忆混淆的感觉。

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最近，来自康奈尔大学的研究团队在《自然》杂志揭开了其中的谜团。研究者发现在非快速眼动期（NREM）的记忆形成阶段，新旧记忆会进行交错式的重现、激活和巩固。另外，这种动态的记忆形成并非无迹可寻，它的秘密就藏在眼睛的瞳孔中。在NREM期间，瞳孔的收缩与扩张分别对应新记忆与旧记忆的形成。这种前所未见的微结构能够将不同的记忆区分开，避免某段记忆巩固时将另一段记忆抹去的“灾难性遗忘”事件发生。

在这项研究中，研究者首先让小鼠参与了多种与记忆相关的任务，比如让它们通过复杂的迷宫来获取水源或饼干，以此构成奖励记忆形成的基础。在这些任务开始或结束之后，小鼠会经历2小时的睡眠时间。

除了借助常规的脑电极来分析睡眠期间的大脑活动，研究者还采用了一种特殊的微型相机来跟踪小鼠的瞳孔状态。根据收集到的信息，研究发现小鼠在进入NREM后，瞳孔会经历收缩-扩张的周期性变化，并且此时小鼠大脑会伴随产生记忆形成相关的尖波涟漪。相对来说，瞳孔收缩时的尖波涟漪要更加活跃。

作者发现，破坏NREM期间的尖波涟漪会对小鼠的记忆形成带来毁灭性的破坏，它们几乎失去了重新检索奖励的能力。但这还没有完全揭开记忆与瞳孔变化的谜团：不同的瞳孔变化是否对应着新旧记忆的错峰巩固？

▲瞳孔的收缩-扩张周期变化对应了新旧记忆的形成与巩固（图片来源：参考资料[1]）

随后，他们对干扰实验进行了进一步的细分。作者先让小鼠执行记忆任务，然后在接下来的睡眠中干扰瞳孔收缩时的尖波涟漪，这时，小鼠在清醒之后无法迅速找到刚刚还知道的奖赏位置。但如果只是破坏它们瞳孔扩张时的尖波涟漪，小鼠的记忆检索能力并没有出现问题，这暗示着短期新记忆的形成与瞳孔收缩有着潜在联系。

在另一项实验中，作者首先让小鼠通过多次训练熟悉一个奖励位置，然后训练它们找到一个全新的奖励位置。此时，在睡觉时破坏瞳孔收缩时的尖波涟漪，只会影响它们重新找到新奖励位置，而对寻找旧位置没有影响；而破坏瞳孔扩张时的尖波涟漪则会产生相反的结果。

这也表明瞳孔收缩对应着近期新记忆的形成，而瞳孔扩张则对应旧记忆的巩固。在NREM期间，这种瞳孔的收缩-扩张周期变化也构成了记忆的重放方式，新旧记忆可以短暂进行分离。“这就像新知识、旧知识在你的睡眠期间缓慢波动，大脑中的特定时间尺度会帮你将新旧知识区分开来。”研究的通讯作者Azahara Oliva教授表示。

参考资料：

[1] Chang, H., Tang, W., Wulf, A.M. et al. Sleep microstructure organizes memory replay. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08340-w

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