Riepilogo:
I ricercatori della Cornell University hanno scoperto che le fluttuazioni delle pupille durante il sonno sono legate al modo in cui il cervello consolida i ricordi. Nel loro studio sui topi, hanno scoperto che quando la pupilla si contrae durante il sonno non REM, nuovi ricordi vengono riprodotti e consolidati, mentre le pupille dilatate indicano il consolidamento dei ricordi più vecchi. Questa separazione aiuta a prevenire “l’oblio catastrofico”, in cui nuovi ricordi potrebbero cancellare quelli vecchi. I risultati offrono nuove informazioni sui processi di memoria e potrebbero portare a tecniche di potenziamento della memoria migliorate e a reti neurali artificiali più efficienti.
Punti chiave:
- Dinamiche degli alunni legate al consolidamento della memoria: La contrazione e la dilatazione delle pupille durante il sonno non REM corrispondono rispettivamente al consolidamento di nuovi e vecchi ricordi.
- Prevenzione dell’“oblio catastrofico”: La capacità del cervello di separare queste due fasi di consolidamento della memoria aiuta a prevenire la cancellazione dei ricordi esistenti quando se ne formano di nuovi.
- Implicazioni per il miglioramento della memoria e l'intelligenza artificiale: La ricerca potrebbe portare a progressi nelle tecniche di potenziamento della memoria per gli esseri umani e a miglioramenti nell'addestramento delle reti neurali artificiali.
I ricercatori della Cornell University hanno scoperto che la pupilla è fondamentale per capire come e quando il cervello forma ricordi forti e duraturi.
Studiando topi dotati di elettrodi cerebrali e minuscole telecamere per il tracciamento oculare, i ricercatori hanno determinato che nuovi ricordi vengono riprodotti e consolidati quando la pupilla viene contratta durante una sottofase del sonno non REM. Quando la pupilla è dilatata, il processo si ripete per i ricordi più vecchi.
La capacità del cervello di separare queste due sottofasi del sonno con una microstruttura precedentemente sconosciuta è ciò che impedisce l'“oblio catastrofico”, in cui il consolidamento di un ricordo ne cancella un altro.
I ricercatori affermano che i risultati potrebbero portare a migliori tecniche di miglioramento della memoria per gli esseri umani e potrebbero aiutare gli scienziati informatici ad addestrare le reti neurali artificiali a essere più efficienti. Lo studio, pubblicato in era guidato da professori assistenti Olivo di fiori d'aranciodottorato di ricerca e Antonio Fernandez-Ruizdottorato di ricerca.
Dinamiche della pupilla durante il sonno
Nel corso di un mese, a un gruppo di topi sono stati insegnati una serie di compiti, come raccogliere acqua o biscotti in un labirinto. Quindi i topi sono stati dotati di elettrodi cerebrali e minuscole telecamere spia appese davanti ai loro occhi per monitorare le dinamiche delle loro pupille. Un giorno, i topi hanno imparato un nuovo compito e quando si sono addormentati, gli elettrodi hanno catturato la loro attività neurale e le telecamere hanno registrato i cambiamenti nelle loro pupille.
“Il sonno non REM è il momento in cui avviene l'effettivo consolidamento della memoria, e questi momenti sono periodi di tempo molto, molto brevi, non rilevabili dagli esseri umani, come 100 millisecondi”, afferma Oliva in un comunicato. “Come distribuisce il cervello queste proiezioni di memoria che sono molto veloci e molto brevi durante tutta la notte? E come separa la nuova conoscenza in arrivo, in modo che non interferisca con la vecchia conoscenza che abbiamo già nella nostra mente?”
Le registrazioni hanno mostrato che la struttura temporale dei topi addormentati è più varia e più simile alle fasi del sonno negli esseri umani, di quanto si pensasse in precedenza. Interrompendo il sonno dei topi in momenti diversi e testando successivamente quanto bene ricordassero i compiti appresi, i ricercatori sono stati in grado di analizzare i processi.
Quando un topo entra in una sottofase del sonno non-REM, la sua pupilla si restringe, ed è qui che i compiti appresi di recente – cioè i nuovi ricordi – vengono riattivati e consolidati mentre la conoscenza precedente no. Al contrario, i ricordi più vecchi vengono riprodotti e integrati quando la pupilla è dilatata.
“È come un nuovo apprendimento, una vecchia conoscenza, un nuovo apprendimento, una vecchia conoscenza, che fluttua lentamente durante il sonno”, afferma Oliva in un comunicato. “Stiamo proponendo che il cervello abbia questa scala temporale intermedia che separa il nuovo apprendimento dalla vecchia conoscenza”.
La ricerca è stata sostenuta dal National Institutes of Health, dalla Sloan Foundation, dalla Whitehall Foundation, dal Klingenstein-Simons Fellowship Program e dal Klarman Fellowships Program.
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