Фазы сна защищают мозг от «катастрофического забывания» — Nature
Новые и старые воспоминания обрабатываются мозгом раздельно в отдельных фазах сна, установили нейробиологи из США. Их исследование опубликовано 1 января в ведущем мировом научном журнале Nature.
Ученые обнаружили, что мозг мышей обрабатывает новые и старые воспоминания в отдельных фазах сна, что указывает на механизм, который позволяет избежать «катастрофического забывания» — искажения и перезаписи ранее созданных воспоминаний при создании новых.
Ученым давно известно, что во время сна мозг «воспроизводит» недавние события: связанные с событием нейроны активизируются в том же порядке. Этот механизм помогает закрепить событие в памяти и подготовить его к долгосрочному хранению.
Для изучения работы мозга во время сна исследовательская группа использовала особенность мышей: их глаза частично открыты во время некоторых стадий сна. Группа наблюдала за одним глазом каждой мыши, пока она спала. Во время глубокой фазы сна исследователи наблюдали, как зрачки сужаются, а затем снова возвращаются к исходному большему размеру, причем каждый цикл длился примерно одну минуту. Записи нейронов показали, что большая часть воспроизведения мозгом событий происходила, когда зрачки животных были маленькими.
Это заставило ученых задуматься, связаны ли размер зрачка и обработка памяти. Чтобы выяснить это, они прибегли к оптогенетике, позволяющей использовать свет для запуска или подавления электрической активности генетически модифицированных нейронов в мозге.
Сначала они обучили модифицированных мышей находить сладкое угощение, спрятанное на платформе. Сразу после этих уроков, пока мыши спали, ученые оптически подавляли активность нейронов, которые были связаны с воспроизведением.
После пробуждения мыши полностью забывали местонахождение угощения — но только если активность была снижена во время стадии сна с маленькими зрачками.
«Мы стерли память», — говорит Вэньбо Тан, соавтор статьи в Nature и системный нейробиолог из Корнеллского университета в Итаке, штат Нью-Йорк.
Напротив, когда группа уменьшала всплески нейронной активности в фазе с большими зрачками вскоре после урока, мыши сразу же направлялись к угощению — давая понять, что их свежие воспоминания были нетронутыми.
Другие эксперименты команды показали, что фаза сна с большим зрачком имеет свою собственную функцию: она помогает обрабатывать устоявшиеся воспоминания, сформировавшиеся за несколько дней до сна.
«Мозг сохранял старые воспоминания в фазе с большим зрачком, но добавлял новые воспоминания в фазе с маленьким», — говорит соавтор исследования Азахара Олива, физик из Корнелльского университета. Он считает, что эта двухфазная система может указывать на то, как мозг накапливает новые знания, сохраняя старые знания нетронутыми.
«Я делаю ставку на то, что то же самое происходит у людей», — комментирует работу Дьёрдь Бужаки, нейробиолог из Нью-Йоркского университета.
Статья делает «очень важный шаг», говорит Максим Баженов, нейробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Баженов считает, что исследование показывает, что обработка устоявшихся воспоминаний хорошо разделена во времени.
«Катастрофическое забывание» также влияет на искусственные нейронные сети, которые представляют собой алгоритмы, смоделированные на основе мозга и лежащие в основе многих современных инструментов искусственного интеллекта (ИИ).
Автор исследования Вэньбо Тан уверен, что понимание того, как мозг избегает этой проблемы, может вдохновить на создание алгоритмов, которые можно использовать, чтобы помочь моделям ИИ также избежать ее.
