新記憶為何難掩舊記憶

大腦是如何做到學了新東西不忘舊東西的？科學家一直在試圖解開這個謎團。一項1月1日發表于《自然》的研究發現，至少在小鼠中，大腦會在睡眠的不同階段處理新舊記憶，以防兩者混淆。

“假設這一發現在其他動物中得到證實，我敢打賭它也會發生在人類身上。因為記憶是一個擁有古老進化歷程的系統。”美國紐約大學的系統神經科學家說。

科學家早就知道，在睡眠期間，大腦會“重播”最近的經歷——參與該經歷的神經元會以相同的順序放電。這種機制有助于將這些經歷固化為記憶，并為長期存儲做準備。

為了研究睡眠期間的大腦功能，研究團隊利用了小鼠的一個奇怪行為，即在睡眠的某些階段，小鼠的眼睛會部分睜開。

研究人員在每只小鼠睡覺時監測它的一只眼睛。結果發現，在深度睡眠階段，小鼠瞳孔會先縮小然后恢復到原本的大小，并重復這一過程，每個周期持續約一分鐘。神經元記錄顯示，當其瞳孔縮小時，大腦的大部分區域正在對經歷進行回放。

據此，研究人員提出：“瞳孔大小是否與記憶處理有聯系？”為了回答這個問題，他們采用了光遺傳學技術。該技術利用光觸發或抑制大腦基因工程神經元的電活動。

首先，研究人員訓練基因改造小鼠找到隱藏在平臺上的甜點。訓練結束后，當小鼠入睡時，研究人員采用光遺傳學技術抑制與經歷重放有關的神經元放電。他們在小鼠瞳孔縮小和放大的睡眠階段都進行了這樣的操作。

結果發現，在瞳孔縮小的睡眠階段抑制神經元放電的小鼠，被喚醒后會完全忘記甜點的位置。“我們抹去了小鼠的記憶。”論文作者、美國康奈爾大學的系統神經科學家唐文博（音）說，抑制瞳孔放大階段的神經元放電，被喚醒后的小鼠依然能直接找到甜點的位置，這表明它們的新記憶被完整地保留了。

不過，該團隊的其他實驗表明，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，而不是當天形成的記憶。

“瞳孔放大狀態下，大腦保留舊記憶；瞳孔縮小狀態下，大腦‘吸收’新記憶。”論文作者、康奈爾大學物理學家AzaharaOliva說，這兩個階段揭示了大腦是如何在整合新知識的同時完整保留舊知識的。

先前建立的記憶被新的記憶扭曲、覆蓋，這種現象被稱作大腦的“災難性遺忘”。

事實上，“災難性遺忘”同樣影響著人工神經網絡——這些以大腦為模型的算法，是當今許多人工智能（AI）工具的基礎。

唐文博表示，對大腦如何避免“災難性遺忘”的研究可能會啟發一些算法的相關研究，幫助AI模型避免這個問題。

◎來源|中國科學報