El sueño mantiene frescos los recuerdos
Los patrones neuronales se reorganizan durante el sueño para potenciar el recuerdo
¿Por qué es tan importante el sueño para el aprendizaje y la memoria? Los neurocientíficos del grupo Csicsvari del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) han aportado nuevos datos sobre esta función esencial monitorizando la actividad neuronal en cerebros de rata durante hasta 20 horas de sueño tras el aprendizaje espacial. Los hallazgos se centran en la reorganización de los patrones de actividad neuronal durante el sueño para reflejar los observados durante el recuerdo al despertar. Los resultados se publican en Neuron.
Un sueño reparador nos ayuda a recordar la información recién aprendida, "grabando" nuestros recuerdos. Esto también es cierto para los animales, ya que recordar, por ejemplo, la ubicación de los recursos alimenticios es esencial para su supervivencia. Los científicos pueden examinar este papel del sueño en el laboratorio entrenando a ratones o ratas de laboratorio sobre su entorno mediante diversas tareas de memoria. En tales experimentos, diseñados para el aprendizaje espacial, los animales deben aprender y posteriormente recordar la ubicación de recompensas alimentarias en laberintos. A pesar de las numerosas investigaciones encaminadas a comprender los mecanismos neuronales que favorecen el aprendizaje, la formación de la memoria y el recuerdo, muchas preguntas sobre estas funciones cerebrales esenciales siguen sin respuesta.
Ahora, investigadores del grupo del profesor Jozsef Csicsvari, del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), han sondeado el papel clave de las fases del sueño en la optimización del recuerdo. Midieron de forma inalámbrica patrones de actividad neuronal en cerebros de ratas durante hasta 20 horas de sueño, ampliando considerablemente los tiempos de medición comunicados anteriormente. "Demostramos que los conjuntos neuronales en las primeras fases del sueño reflejan recuerdos espaciales aprendidos recientemente. Sin embargo, a medida que avanza el sueño, los patrones de actividad neuronal se transforman gradualmente en los que se observan más tarde, cuando las ratas despiertan y recuerdan las ubicaciones de sus recompensas alimentarias", afirma Csicsvari.
Localizar y recordar las recompensas
Trabajos anteriores demostraron que una zona cortical del cerebro llamada hipocampo es importante tanto para explorar y mantener rutas en un entorno (lo que se denomina navegación espacial) como para el aprendizaje espacial. Las neuronas del hipocampo registran la ubicación del animal disparándose en lugares concretos, formando así un mapa cognitivo del entorno. Los animales utilizan este mapa para navegar por el espacio y lo actualizan durante el aprendizaje. En este proceso, las localizaciones de recompensa desempeñan un papel instrumental, llegando a estar desproporcionadamente representadas en el mapa cognitivo de los animales.
Tras el aprendizaje espacial, el hipocampo desempeña un papel importante en la mejora de la memoria durante el sueño. Lo hace reactivando las huellas de memoria aprendidas recientemente. Anteriormente, el grupo de Csicsvari demostró que cuanto más a menudo se reactivaba un lugar específico de recompensa durante el sueño, mejor recordaba el animal ese lugar cuando se despertaba. Por otra parte, cuando el equipo bloqueaba la reactivación de una memoria de recompensa específica, los animales eran incapaces de recordar la ubicación respectiva.
La reorganización de los patrones neuronales durante el sueño graba los recuerdos
Mientras que hasta ahora los científicos sólo podían examinar la reactivación de los recuerdos espaciales en periodos de sueño más cortos, de dos a cuatro horas, ahora el equipo ha logrado realizar experimentos de este tipo durante el sueño nocturno prolongado. Utilizando grabaciones inalámbricas, controlaron la actividad neuronal en el hipocampo durante hasta 20 horas mientras las ratas descansaban y dormían tras un paradigma de aprendizaje espacial.
"Nuestros hallazgos fueron inesperados. Demostramos que los patrones de actividad de las neuronas vinculadas a los lugares de recompensa se reorganizaban durante el sueño prolongado", afirma Lars Bollmann, doctorado en ISTA y uno de los coautores del estudio. De hecho, cuando se reactivaba un lugar de recompensa determinado, no todas las neuronas que representaban ese lugar permanecían activas durante todo el sueño. Mientras que algunas lo hacían -los investigadores del ISTA las denominaron "subgrupo estable"-, otras dejaban de disparar durante las fases posteriores del sueño. Pero al mismo tiempo, un nuevo grupo de neuronas empezó a dispararse gradualmente. "Lo más sorprendente es que demostramos que, mientras que el patrón de disparo de las neuronas en las primeras fases del sueño se hacía eco de la actividad neuronal en la fase de aprendizaje, este patrón evolucionaba más tarde para reflejar la actividad neuronal cuando las ratas se despertaban y recordaban dónde se encontraban las recompensas", añade Bollmann. Así pues, el equipo no sólo observó una deriva en los patrones de actividad neuronal durante el sueño en el marco del aprendizaje espacial, sino que además la relacionó con el proceso de reactivación de la memoria. Así, arrojaron luz sobre cómo el sueño ayuda a mantener frescos los recuerdos. Además, demostraron que esta reorganización se produce durante el sueño sin movimientos oculares rápidos (no REM), mientras que el sueño REM la contrarresta.
¿Liberar neuronas para nuevos recuerdos?
¿Cuál podría ser la función de este fenómeno -denominado "deriva representacional"- que se produce durante el sueño? "Sólo podemos especular al respecto", afirma Csicsvari. "Es posible que las representaciones de la memoria deban formarse rápidamente durante el aprendizaje, pero que dichas representaciones no sean óptimas para el almacenamiento a largo plazo. Por tanto, es posible que durante el sueño tenga lugar un proceso que optimice estas representaciones en el sueño para reducir los recursos cerebrales destinados a almacenar un recuerdo específico." En apoyo de esta hipótesis, los investigadores observaron que después de dormir había menos neuronas vinculadas a una determinada localización de recompensa que antes. Por tanto, algunas neuronas se liberan para acoger recuerdos más nuevos. "Cualquier recuerdo nuevo debe encontrar la forma de integrarse en el conocimiento existente. Por tanto, las repeticiones frecuentes de los nuevos recuerdos, así como el cambio parcial del código neuronal, pueden ayudar a optimizar su integración en las representaciones de memoria existentes", concluye Csicsvari.
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