在《自然》杂志上发表的一项最新研究中，美国康奈尔大学的研究团队通过创新的方法深入探讨了非快速眼动（NREM）睡眠期间的神经活动和瞳孔变化之间的关系。研究人员设计了一种微型头部装置，集成了光纤、高密度电子(http://www.maoyihang.com/sell/l_23/)探针、摄像头、红外线LED和镜子，以同时记录自由移动和自然入睡的小鼠的海马体神经元活动及其瞳孔大小的变化。这一方法使得科学家们能够实时监测并干预小鼠的睡眠状态，并且首次展示了瞳孔变化如何映射NREM睡眠中的记忆处理过程。
研究表明，在NREM睡眠期间，当小鼠的瞳孔缩小（即更接近于深度睡眠阶段）时，新的记忆会在此期间得到重放和巩固；而当瞳孔放大时，则是旧的记忆被重放。这种瞳孔尺寸的周期性变化揭示了一个此前未知的NREM睡眠微观结构，它对记忆处理具有重要影响。
研究人员还进行了行为实验，让小鼠在一个迷宫环境中学习任务，例如找到隐藏的食物奖励。随后的观察显示，只有大约10%的锐波涟漪（hippocampal sharp-wave ripples, SWRs）事件包含了显著的记忆重放现象，这些SWRs是海马体内一种重要的电活动模式，被认为与记忆巩固有关。更重要的是，他们发现新记忆的重放在瞳孔缩小的状态下更为频繁，而旧记忆则倾向于在瞳孔放大时重放。
为了进一步验证瞳孔变化与记忆重放之间的因果联系，研究人员利用光遗传学技术选择性地破坏了特定时期的锐波涟漪。结果表明，在瞳孔缩小期间破坏SWRs会损害新近形成的记忆，但不会影响已经稳固的旧记忆。相反，在瞳孔放大期间进行同样的干预却没有产生类似的效果。这说明瞳孔变化确实可以作为NREM睡眠微观结构的一个指标，而且这个结构对于区分新旧记忆的处理至关重要。
这项研究不仅加深了我们对睡眠过程中记忆巩固的理解，也为开发基于瞳孔测量的人类认知功能改善策略提供了理论基础。由于瞳孔测量是非侵入性的，并广泛应用于人类心理学和认知科学研究中，因此该发现可能会开启一系列旨在优化人类学习和记忆能力的新型疗法和技术应用的大门。此外，这些见解也可能为计算机科学领域提供灵感，用以改进人工神经网络的学习算法。
