Il sonno mantiene freschi i ricordi
I modelli neuronali si riorganizzano durante il sonno per rafforzare la memoria
Perché il sonno è così importante per l'apprendimento e la memoria? I neuroscienziati dell'Istituto di Scienza e Tecnologia Austriaco (ISTA) hanno fatto luce su questa funzione monitorando l'attività neuronale nel cervello dei ratti durante il sonno, fino a 20 ore dopo la familiarizzazione con un nuovo ambiente. I risultati si concentrano sulle riorganizzazioni dei modelli di attività neuronale durante il sonno che rispecchiano quelle osservate durante il richiamo della memoria dopo il risveglio. I risultati sono stati pubblicati su Neuron.
Una buona notte di sonno ci aiuta a ricordare le informazioni apprese di recente e a imprimerle nella memoria. Questo vale anche per gli animali, poiché ricordare la posizione delle fonti di cibo, ad esempio, è essenziale per la sopravvivenza. I ricercatori possono studiare questo ruolo del sonno in laboratorio insegnando a topi o ratti da laboratorio l'ambiente in cui vivono con vari compiti di memoria. In questi esperimenti, che sono progettati per l'apprendimento spaziale, gli animali devono imparare a ricordare la posizione delle ricompense alimentari nei labirinti. Nonostante le numerose ricerche volte a comprendere i meccanismi neurali per l'apprendimento, la formazione e il richiamo della memoria, molte domande su queste funzioni cerebrali essenziali rimangono senza risposta.
I ricercatori del gruppo del professor Jozsef Csicsvari presso l'Institute of Science and Technology Austria (ISTA) hanno ora dimostrato il ruolo chiave delle fasi del sonno nell'ottimizzazione delle prestazioni della memoria. Utilizzando un metodo wireless, hanno misurato i modelli di attività neuronale nel cervello dei ratti in un ciclo di sonno di 20 ore, estendendo così in modo significativo i tempi di misurazione precedentemente riportati. "Abbiamo dimostrato che la disposizione dei neuroni nelle prime fasi del sonno riflette i ricordi spaziali appresi di recente. Tuttavia, con il progredire del sonno, i modelli di attività neuronale si trasformano gradualmente in quelli osservati successivamente, quando i topi si svegliano e ricordano i luoghi in cui hanno ricevuto le ricompense alimentari", spiega Csicsvari.
Mappare i luoghi con le ricompense - e ricordarli
Lavori precedenti hanno dimostrato che un'area cerebrale corticale chiamata ippocampo è importante sia per l'esplorazione e il mantenimento di percorsi in un ambiente (nota come navigazione spaziale) sia per l'apprendimento spaziale. I neuroni dell'ippocampo seguono la posizione dell'animale attivandosi in punti specifici, creando una mappa cognitiva dell'ambiente. Gli animali usano questa mappa per orientarsi nello spazio e la aggiornano durante l'apprendimento. I luoghi di ricompensa svolgono un ruolo cruciale in questo processo, poiché sono rappresentati in modo sproporzionato nella mappa cognitiva degli animali.
Dopo l'apprendimento spaziale, l'ippocampo svolge un ruolo importante nel migliorare la memoria durante il sonno. Ciò avviene attraverso la riattivazione di tracce di memoria apprese di recente. In uno studio precedente, il gruppo di Csicsvari dell'ISTA ha dimostrato che più spesso un animale riattivava un particolare luogo di ricompensa durante il sonno, meglio lo ricordava al risveglio. Al contrario, quando il team ha cercato di bloccare la riattivazione di una specifica memoria di ricompensa, gli animali non sono stati in grado di ricordare la rispettiva posizione.
La riorganizzazione dei modelli neuronali durante il sonno modella i ricordi
Mentre in precedenza i ricercatori erano riusciti a studiare la riattivazione dei ricordi spaziali solo durante le fasi di sonno più brevi, da due a quattro ore, l'équipe ha condotto questi esperimenti durante la lunga notte di sonno. Utilizzando registrazioni wireless, hanno monitorato l'attività neuronale nell'ippocampo per un massimo di 20 ore mentre i topi riposavano e dormivano dopo un'esperienza di apprendimento spaziale.
"I nostri risultati sono stati inaspettati. Siamo riusciti a dimostrare che i modelli di attività dei neuroni associati ai luoghi di ricompensa si riorganizzano durante il sonno prolungato", afferma Lars Bollmann, ex dottorando che ha recentemente completato il dottorato all'ISTA e uno dei due primi autori dello studio. Infatti, quando un particolare locus di ricompensa veniva riattivato, non tutti i neuroni che lo rappresentavano rimanevano attivi durante il sonno. Mentre alcuni rimanevano attivi - i ricercatori dell'ISTA li hanno definiti un "sottogruppo stabile" - altri smettevano di attivarsi nelle fasi successive del sonno. Allo stesso tempo, però, un nuovo gruppo di neuroni ha iniziato gradualmente ad attivarsi. "La cosa più sorprendente è che siamo riusciti a dimostrare che, mentre il modello di accensione dei neuroni nelle prime fasi del sonno rifletteva l'attività neuronale nella fase di apprendimento, questo modello si è poi evoluto in modo da riflettere l'attività neuronale quando i topi si svegliavano e ricordavano la posizione delle ricompense", aggiunge Bollmann. Il team non solo ha osservato un cambiamento nei modelli di attività neuronale durante il sonno nel contesto dell'apprendimento spaziale, ma lo ha anche collegato al processo di riattivazione della memoria. Hanno così potuto dimostrare come il sonno contribuisca a mantenere freschi i ricordi. Inoltre, hanno dimostrato che questa riorganizzazione avviene durante il sonno non-REM (non-rapid eye movement), mentre il sonno REM la contrasta.
Rilascio di neuroni per nuovi ricordi?
Che ruolo ha questo fenomeno, che si verifica durante il sonno ed è noto come "deriva rappresentazionale"? "Possiamo solo fare delle ipotesi", dice Csicsvari. "È possibile che le rappresentazioni della memoria debbano essere formate rapidamente durante l'apprendimento, ma che tali rappresentazioni non siano ottimali per la memorizzazione a lungo termine. Pertanto, durante il sonno potrebbe avvenire un processo che ottimizza queste rappresentazioni per ridurre le risorse cerebrali per la memorizzazione di un particolare ricordo". A sostegno di questa ipotesi, i ricercatori hanno osservato che, dopo il sonno, un numero minore di neuroni era associato a un particolare luogo di ricompensa rispetto a prima. Questo libera alcuni neuroni per registrare nuovi ricordi. "Tutti i nuovi ricordi devono trovare un modo per essere integrati nelle conoscenze esistenti. La ripetizione frequente dei nuovi ricordi e un parziale cambiamento nel cablaggio neuronale possono quindi contribuire a ottimizzare la loro integrazione nelle rappresentazioni di memoria esistenti", conclude Csicsvari.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Altre notizie dal dipartimento scienza
