新記憶為何難掩舊記憶

大腦是如何做到學(xué)了新東西不忘舊東西的？科學(xué)家一直在試圖解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。一項(xiàng)1月1日發(fā)表于《自然》的研究發(fā)現(xiàn)，至少在小鼠中，大腦會(huì)在睡眠的不同階段處理新舊記憶，以防兩者混淆。

“假設(shè)這一發(fā)現(xiàn)在其他動(dòng)物中得到證實(shí)，我敢打賭它也會(huì)發(fā)生在人類(lèi)身上。因?yàn)橛洃浭且粋€(gè)擁有古老進(jìn)化歷程的系統(tǒng)?！泵绹?guó)紐約大學(xué)的系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)家說(shuō)。

科學(xué)家早就知道，在睡眠期間，大腦會(huì)“重播”最近的經(jīng)歷——參與該經(jīng)歷的神經(jīng)元會(huì)以相同的順序放電。這種機(jī)制有助于將這些經(jīng)歷固化為記憶，并為長(zhǎng)期存儲(chǔ)做準(zhǔn)備。

為了研究睡眠期間的大腦功能，研究團(tuán)隊(duì)利用了小鼠的一個(gè)奇怪行為，即在睡眠的某些階段，小鼠的眼睛會(huì)部分睜開(kāi)。

研究人員在每只小鼠睡覺(jué)時(shí)監(jiān)測(cè)它的一只眼睛。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在深度睡眠階段，小鼠瞳孔會(huì)先縮小然后恢復(fù)到原本的大小，并重復(fù)這一過(guò)程，每個(gè)周期持續(xù)約一分鐘。神經(jīng)元記錄顯示，當(dāng)其瞳孔縮小時(shí)，大腦的大部分區(qū)域正在對(duì)經(jīng)歷進(jìn)行回放。

據(jù)此，研究人員提出：“瞳孔大小是否與記憶處理有聯(lián)系？”為了回答這個(gè)問(wèn)題，他們采用了光遺傳學(xué)技術(shù)。該技術(shù)利用光觸發(fā)或抑制大腦基因工程神經(jīng)元的電活動(dòng)。

首先，研究人員訓(xùn)練基因改造小鼠找到隱藏在平臺(tái)上的甜點(diǎn)。訓(xùn)練結(jié)束后，當(dāng)小鼠入睡時(shí)，研究人員采用光遺傳學(xué)技術(shù)抑制與經(jīng)歷重放有關(guān)的神經(jīng)元放電。他們?cè)谛∈笸卓s小和放大的睡眠階段都進(jìn)行了這樣的操作。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在瞳孔縮小的睡眠階段抑制神經(jīng)元放電的小鼠，被喚醒后會(huì)完全忘記甜點(diǎn)的位置?！拔覀兡ㄈチ诵∈蟮挠洃??！闭撐淖髡?、美國(guó)康奈爾大學(xué)的系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)家唐文博（音）說(shuō)，抑制瞳孔放大階段的神經(jīng)元放電，被喚醒后的小鼠依然能直接找到甜點(diǎn)的位置，這表明它們的新記憶被完整地保留了。

不過(guò)，該團(tuán)隊(duì)的其他實(shí)驗(yàn)表明，瞳孔放大階段有其自身的功能——它有助于大腦處理已建立的記憶，即小鼠前幾天形成的記憶，而不是當(dāng)天形成的記憶。

“瞳孔放大狀態(tài)下，大腦保留舊記憶；瞳孔縮小狀態(tài)下，大腦‘吸收’新記憶?！闭撐淖髡?、康奈爾大學(xué)物理學(xué)家AzaharaOliva說(shuō)，這兩個(gè)階段揭示了大腦是如何在整合新知識(shí)的同時(shí)完整保留舊知識(shí)的。

先前建立的記憶被新的記憶扭曲、覆蓋，這種現(xiàn)象被稱(chēng)作大腦的“災(zāi)難性遺忘”。

事實(shí)上，“災(zāi)難性遺忘”同樣影響著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——這些以大腦為模型的算法，是當(dāng)今許多人工智能（AI）工具的基礎(chǔ)。

唐文博表示，對(duì)大腦如何避免“災(zāi)難性遺忘”的研究可能會(huì)啟發(fā)一些算法的相關(guān)研究，幫助AI模型避免這個(gè)問(wèn)題。

◎來(lái)源|中國(guó)科學(xué)報(bào)