اندازه مردمک در خواب تعیین می‌کند که آیا خاطرات جدید یا قدیمی بازپخش می‌شوند

1

از دور شاید مردمک فقط بخشی از چشم به نظر برسد، اما در واقع دریچه‌ای برای درک چگونگی و زمان ایجاد خاطرات ماندگار در مغز است.

کارشناسان دانشگاه کرنل کلیدی برای فهم شکل‌گیری و نگهداری خاطرات پیدا کرده‌اند: اندازه مردمک چشم.

با تحلیل دینامیک مردمک در هنگام خواب، محققان مکانیزمی پیشرفته در مغز را شناسایی کرده‌اند که مانع از “فراموشی فاجعه‌بار” می‌شود؛ پدیده‌ای که در آن ایجاد خاطرات جدید به خاطرات قدیمی آسیب می‌زند.

این مطالعه که توسط اساتید “آزاهارا اولیوا” و “آنتونیو فرناندز-رویز” رهبری شده، نشان می‌دهد که تثبیت خاطرات در لحظات خاصی از خواب غیر REM رخ می‌دهد. این یافته‌ها، بینشی در مورد بهبود حافظه انسان و روش‌های آموزشی هوش مصنوعی ارائه می‌دهد.

علم خواب و حافظه

خواب نقش حیاتی در تثبیت خاطرات و سازماندهی اطلاعات در مغز دارد. خواب غیر REM به‌ویژه برای تقویت خاطرات جدید و ادغام آنها با دانش قبلی ضروری است.

در این مرحله، فعالیت عصبی اطلاعات یادگرفته‌شده را دوباره فعال می‌کند و آنها را از حافظه موقت به شبکه‌های حافظه بلندمدت منتقل می‌کند. از سوی دیگر، خواب REM به پردازش احساسات و خلاقیت کمک می‌کند.

این مطالعه نشان می‌دهد که مغز در خواب غیر REM به تناوب بین تثبیت خاطرات جدید و بازبینی خاطرات قدیمی تغییر وضعیت می‌دهد. این فرآیند از طریق ساختارهای کوچک و مختصر در خواب غیر REM اتفاق می‌افتد.

با درک این فرآیندها، دانشمندان می‌توانند بفهمند مغز چگونه دانش را حفظ کرده و از تداخل بین انواع مختلف خاطرات جلوگیری می‌کند.

ردیابی مردمک و فعالیت عصبی

محققان این مطالعه را روی گروهی از موش‌ها انجام دادند و در طول یک ماه به آنها وظایف مختلفی آموزش دادند. این وظایف شامل پیمایش در یک هزارتو برای دریافت جوایزی مانند آب یا خوراکی بود.

در این مدت، موش‌ها به تجهیزاتی خاص مجهز شدند: الکترودهایی برای نظارت بر فعالیت عصبی مغز و دوربین‌های کوچکی که در نزدیکی چشم آنها تغییرات اندازه مردمک را ردیابی می‌کردند.

پس از یادگیری وظیفه جدید، موش‌ها اجازه داشتند بخوابند. در حین خواب، محققان فعالیت مغز آنها را ثبت و تغییرات مردمک در مراحل مختلف خواب را مشاهده کردند. داده‌های حاصل از دینامیک مردمک اطلاعاتی در مورد چگونگی تثبیت خاطرات در مغز ارائه داد.

پروفسور اولیوا توضیح داد: «خواب غیر REM زمانی است که تثبیت واقعی خاطرات رخ می‌دهد، و این لحظات بسیار کوتاه و غیرقابل تشخیص برای انسان‌ها هستند، چیزی حدود ۱۰۰ میلی‌ثانیه.»

دینامیک مردمک و تثبیت حافظه

محققان کشف کردند که در یک مرحله خاص از خواب غیر REM، هنگامی که مردمک موش منقبض می‌شود، مغز روی بازپخش و تقویت خاطرات تازه آموخته‌شده تمرکز می‌کند.

این فرآیند تجربیات اخیر را تثبیت کرده و آنها را پایدار و ماندگار می‌سازد.

در مقابل، زمانی که مردمک در مرحله دیگری از همان فاز خواب گشاد می‌شود، مغز خاطرات قدیمی را بازبینی کرده و آنها را در پایگاه دانش گسترده‌تر ادغام می‌کند.

این الگوی متناوب انقباض و انبساط مردمک نشان‌دهنده ساختار میکروسکوپی ناشناخته‌ای از خواب است.

اهمیت مردمک برای حفظ حافظه

این مکانیزم حیاتی است زیرا خاطرات جدید و قدیمی را از هم جدا نگه می‌دارد و مانع از تداخل آنها می‌شود.

با تناوب بین تثبیت اطلاعات جدید و بازبینی دانش قبلی، مغز از “فراموشی فاجعه‌بار” اجتناب می‌کند و هر دو نوع خاطره را حفظ و سازماندهی می‌کند.

پروفسور اولیوا توضیح داد: «این مثل یادگیری جدید، دانش قدیمی، یادگیری جدید، دانش قدیمی است که به آرامی در طول خواب نوسان دارد.»

او افزود: «ما پیشنهاد می‌کنیم که مغز دارای این بازه زمانی میانی است که یادگیری جدید را از دانش قدیمی جدا می‌کند.»

پیامدها برای حافظه و هوش مصنوعی

یافته‌های این مطالعه پیامدهای قابل‌توجهی برای بهبود حافظه در انسان دارد.

با درک چگونگی تثبیت خاطرات در لحظات خاصی از خواب غیر REM، محققان می‌توانند تکنیک‌هایی برای هدف‌گیری و تقویت این فرآیندهای حیاتی توسعه دهند.

برای مثال، درمان‌ها یا مداخلاتی ممکن است به تقویت تثبیت حافظه با تمرکز روی این مراحل کوتاه اما مهم خواب کمک کنند.

علاوه بر این، این کشفیات می‌تواند بر توسعه هوش مصنوعی تأثیر بگذارد. شبکه‌های عصبی که شبیه مغز اطلاعات را پردازش می‌کنند، اغلب هنگام یادگیری اطلاعات جدید با “فراموشی” داده‌های قدیمی مواجه می‌شوند.

با استفاده از روش مغز برای تناوب بین پردازش خاطرات جدید و قدیمی، سیستم‌های هوش مصنوعی می‌توانند در حفظ دانش قبلی و هم‌زمان ادغام داده‌های جدید کارآمدتر شوند، و به این ترتیب قابل‌اعتمادتر و قوی‌تر باشند.

یک عملکرد حیاتی خواب

این پژوهش توسط سازمان‌های متعددی از جمله مؤسسه ملی سلامت (NIH)، بنیاد اسلون و بنیاد وایت‌هال حمایت شده است.

کشف این مکانیزم پیچیده خواب و دینامیک مردمک، درک ما از تثبیت حافظه را متحول کرده است.

با شناسایی توانایی مغز در تناوب بین پردازش خاطرات جدید و قدیمی، محققان یکی از عملکردهای حیاتی خواب را روشن کرده‌اند.

این مطالعه نه تنها شکاف‌های موجود در علم اعصاب را پر می‌کند، بلکه درهای جدیدی به سوی نوآوری در فناوری و تقویت شناختی انسان می‌گشاید.

این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.