まとめ： 研究者らは、ノンレム睡眠中の瞳孔サイズが記憶の定着と相関していることを発見しました。瞳孔が収縮すると、脳は新しい記憶を定着させることに集中します。拡張されると、古いものが処理されます。
この分離により「壊滅的な忘却」が防止され、脳が新しい知識と既存の知識の両方を効率的に管理できるようになります。これらの発見は、人間のためのより優れた記憶強化技術につながり、より効率的な人工ニューラルネットワークを刺激する可能性があります。
重要な事実:
- 瞳孔の大きさと記憶力: 瞳孔の収縮は新しい記憶の固定と相関し、瞳孔の拡張は古い記憶を処理します。
- メモリの分離: 脳はノンレム睡眠中に新しい知識と古い知識を交互に切り替えて、干渉を防ぎます。
- AI アプリケーション: 記憶処理に関する洞察は、人工ニューラル ネットワークの効率向上に役立つ可能性があります。
目は魂への窓かもしれないが、瞳孔は、脳が強力で長く続く記憶をいつどのように形成するかを理解する鍵であることを、コーネル大学の研究者らは発見した。
研究者らは、脳電極と小型視線追跡カメラを備えたマウスを研究することで、ノンレム睡眠の下位段階で瞳孔が収縮すると、新しい記憶が再生され、統合されることを突き止めた。瞳孔が開くと、古い記憶に対してこのプロセスが繰り返されます。
睡眠と記憶の関係は十分に確立されていますが、それらの相互作用を支える神経機構は依然として不明瞭です。クレジット: 神経科学ニュース
この発見は、人間のためのより優れた記憶強化技術につながる可能性があり、コンピューター科学者が人工ニューラルネットワークをより効率的に訓練するのに役立つ可能性があります。
この研究は1月1日に発表された。 自然この研究は、神経生物学および行動学科の助教授であるアザハラ・オリバ氏と、生命科学部門の助教授であり、ナンシーおよびピーター・マイニッヒ家の調査員であるアントニオ・フェルナンデス・ルイス氏（どちらも芸術科学部）によって率いられました。
この論文の共同主執筆者は、博士課程の学生であるHongyu Chang氏と博士研究員のWenbo Tang氏です。
睡眠と記憶の関係は十分に確立されていますが、それらの相互作用を支える神経機構は依然として不明瞭です。このプロセスを解明するための実験は一般に、眠っている人間の記憶保持を改善する試みと、眠っているげっ歯類の機械的細胞研究の 2 つの方針のうちの 1 つに従います。
主題が大きく異なるため、これら 2 つの研究分野を組み合わせるのは困難であることが判明しました。げっ歯類は非常に単純な 2 段階の睡眠構造を持っていると考えられてきました。夢を見るときの急速眼球運動 (REM) 睡眠と、ノンレム徐波睡眠です。
しかし、人間の徐波睡眠はさらに複雑で、4つの段階があり、その中で最も深い段階は、脳が記憶を選別して整理している段階だと研究者らは考えている。
オリバ氏とフェルナンデス-ルイス氏は共同研究室を通じて、動物の行動、技術開発、計算分析に関する専門知識を組み合わせて、眠っているマウスの目とニューロンで何が起こっているのかを観察しました。
1か月にわたって、マウスのグループは迷路で水や報酬のクッキーを集めるなど、さまざまな作業を教えられた。次に、マウスには脳電極と、瞳孔の動きを追跡するために目の前に吊り下げられた小型のスパイカメラが装着されました。ある日、マウスは新しい課題を学習し、眠りにつくと、電極がマウスの神経活動を捕捉し、カメラが瞳孔の変化を記録しました。
「ノンレム睡眠は実際の記憶の固定が行われるときで、その瞬間は人間には検出できない非常に短い時間、たとえば100ミリ秒です」とオリバ氏は言う。
「脳は、一晩中、非常に高速かつ非常に短い記憶のスクリーニングをどのように分配するのでしょうか?そして、私たちがすでに頭の中に持っている古い知識を妨げないように、入ってくる新しい知識をどのように分離するのでしょうか?」
「それは新しい学習、古い知識、新しい学習、古い知識のようなもので、それは睡眠中にゆっくりと変動します」とオリバ氏は言いました。 「私たちは、脳には新しい学習と古い知識を分ける中間の時間スケールがあると提案しています。」
睡眠中の瞳孔追跡が非侵襲的手順であるという事実は、人間におけるさらなる研究への応用を開き、精神的健康状態に関連する記憶障害を持つ人々にとって特に有益である可能性がある、とオリバ氏は述べた。
その恩恵は人間を超えて、脳の効率と比較すると恐ろしく面倒な機械学習の領域にも及びます。
「脳は比較的少数のニューロンで多くのことを記憶できますが、それがどのようにして起こるのかはわかっていません。
「どんなタスクを実行するにも何十万倍ものエネルギーを消費するChatGPTと比べて、脳はどうやってこれほど少ないリソースで記憶力と認知スキルという大きな偉業を達成できるのでしょうか？」フェルナンデス＝ルイスは語った。
「記憶の 2 つの主要な機能を時間とともに分割するこの方法が、比較的少ないリソースでこれほど驚くべき記憶容量を有する生物学的脳の広大な範囲の基礎となっています。
「これは、おそらく実際の脳の働きにもっと似せることで、人工ニューラルネットワークをより効率的に訓練する新たな機会を提供します。」
共著者には、アナベラ・ウルフ ’24、トコザイル・ニャスル ’24、マディソン・ウルフ ’25 が含まれます。
資金提供: この研究は、国立衛生研究所、スローン財団、ホワイトホール財団、クリンゲンシュタイン・シモンズ フェローシップ プログラム、およびクラマン フェローシップ プログラムの支援を受けました。
この睡眠と記憶に関する研究ニュースについて
独自の研究: クローズドアクセス。
「睡眠の微細構造が記憶再生を組織化する」アザハラ・オリバら著。 自然
抽象的な
睡眠の微細構造が記憶再生を組織化する
最近獲得した記憶は、睡眠中に海馬で再活性化され、それが定着の最初のステップとなります。
理論的研究では、再アクティブ化をランダムにインターリーブすることで、干渉を最小限に抑えながら複数のメモリを統合できることが示唆されています。
もう一つの考えは、睡眠の一時的な微細構造が、特定の基質中にさまざまな種類の記憶の再活性化を促進する可能性があるということです。
ここでは、これら 2 つの仮説を検証するために、自然に眠っているマウスの大規模な海馬アンサンブルを記録し、瞳孔測定を通じて睡眠のダイナミクスをモニタリングする方法を開発しました。
瞳孔が収縮したノンレム睡眠中に鋭波リップルを選択的に閉ループで破壊すると、最近の記憶の想起が損なわれたが、瞳孔が拡張した下位状態中に同じ操作を行っても行動には影響がなかった。
より強い外因性興奮性入力は収縮した瞳孔基質を特徴づけるが、拡張した瞳孔基質では局所抑制のより高い動員が顕著であった。
私たちの結果は、脳が睡眠中に異なる認知プロセスを多重化し、干渉することなく継続的な学習を促進できることを示唆しています。
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#睡眠中の瞳孔の動きから脳の記憶力の秘密が明らかになる
2025-01-05 18:43:00