کشف نقش شگفت انگیز مردمک چشم در شکل گیری حافظه 

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از سای تک دیلی ، پژوهش‌های محققان دانشگاه کرنل نشان می‌دهد که چگونه انقباض و گشاد شدن مردمک‌ها در طول مراحل خواب نشان دهنده تثبیت خاطرات جدید و قدیمی هستند و بینش‌هایی را ارائه می‌دهد که می‌تواند روش‌های تقویت حافظه و پیشرفت هوش مصنوعی را متحول کند.

این پژوهشگران با استفاده از موش‌های مجهز به الکترود‌های مغز و دوربین‌های کوچک ردیابی حرکات چشم، دریافتند در مرحله‌ای از خواب غیر REM، زمانی که مردمک چشم منقبض می‌شود، خاطرات جدید دوباره پخش و تثبیت می‌شوند. خواب REM یا حرکت سریع چشم زمانی است که فرد در خواب عمیق، اما مغزش کاملا بیدار است.

 وقتی مردمک چشم گشاد می‌شود، مغز دوباره خاطرات قدیمی را مرور و تقویت می‌کند. این توانایی برای تمایز بین این دو مرحله فرعی از خواب، که توسط یک ریزساختار تازه شناسایی شده اداره می‌شود، از «فراموشی فاجعه بار» یعنی از دست دادن خاطرات قدیمی با شکل گیری خاطرات جدید، جلوگیری می‌کند.

کاربرد‌های انسانی و یادگیری ماشینی 

این یافته‌ها می‌تواند راه را برای بهبود روش‌های تقویت حافظه در انسان هموار و به دانشمندان علوم رایانه کمک کند تا شبکه‌های عصبی مصنوعی کارآمدتری طراحی کنند.

محققان طی یک ماه، به گروهی از موش‌ها وظایف مختلفی مانند جمع آوری آب یا شیرینی‌های جایزه را در یک ماز آموزش دادند. سپس با تعبیه الکترود‌های مغزی و دوربین‌های جاسوسی کوچکی روی سر موش‌ها که جلوی چشم‌هایشان آویزان می‌شد، حرکات مردمک هایشان را ردیابی کردند. یک روز، موش‌ها کار جدیدی یاد گرفتند و وقتی به خواب رفتند، الکترود‌ها فعالیت عصبی آنها را ثبت و دوربین‌ها تغییرات مردمک‌هایشان را ضبط کردند.

«آزاهارا اولیوا» استادیار دانشگاه کرنل و سرپرست این تحقیقات گفت: «خواب غیر REM زمانی است که تثبیت حافظه واقعی اتفاق می‌افتد. این لحظات زمان‌های بسیار بسیار کوتاهی هستند که توسط انسان غیرقابل تشخیصند در حد ۱۰۰ میلی ثانیه».

وی این سوال را مطرح کرد: «چگونه مغز این غربالگری‌های حافظه را که بسیار سریع و بسیار کوتاه هستند در طول شب توزیع می‌کند؟ و این چگونه دانش جدیدی را که وارد می‌شود جدا می‌کند، به نحوی که با دانش قدیمی که قبلاً در ذهن خود داریم تداخلی ایجاد نمی‌کند؟»

ضبط‌ها نشان می‌دهند که این ساختار زمانی موش‌های خوابیده، بسیار متنوع‌تر و بیشتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد به مراحل خواب در انسان شباهت دارد. 

محققان با قطع خواب موش‌ها در لحظات مختلف و سپس آزمایش اینکه چقدر وظایف آموخته شده خود را به خاطر می‌آورند، توانستند فرآیند‌ها را تجزیه و تحلیل کنند. هنگامی که یک موش وارد مرحله‌ای از خواب غیر REM می‌شود، مردمک چشمش کوچک می‌شود، و اینجاست که کار‌های تازه آموخته شده - یعنی خاطرات جدید - دوباره فعال و تثبیت می‌شوند در حالی که اتفاقی برای دانش قبلی نمی‌افتد. در مقابل، خاطرات قدیمی‌تر زمانی که مردمک چشم گشاد می‌شوند، مرور و ادغام می‌شوند.

اولیوا اظهار داشت: «در طول خواب نوسان مداوم یادگیری جدید، دانش قدیمی، یادگیری جدید، دانش قدیمی روی می‌دهد. به نظر ما، مغز دارای این مقیاس زمانی متوسط است که یادگیری جدید را از دانش قدیمی جدا می‌کند.»

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature منتشر شده است.