O sono mantém as memórias frescas
Os padrões neuronais reorganizam-se durante o sono para reforçar a memória
Porque é que o sono é tão importante para a aprendizagem e a memória? Os neurocientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA) esclareceram esta função através da monitorização da atividade neuronal no cérebro de ratos durante o sono, até 20 horas após a familiarização com um novo ambiente. Os resultados centram-se nas reorganizações dos padrões de atividade neuronal durante o sono que reflectem as observadas durante a recordação da memória após o despertar. Os resultados foram publicados na revista Neuron.
Uma boa noite de sono ajuda-nos a recordar informações recentemente aprendidas e a gravá-las na nossa memória. Isto também se aplica aos animais, uma vez que recordar a localização de fontes de alimento, por exemplo, é essencial para a sobrevivência. Os investigadores podem investigar este papel do sono no laboratório, ensinando aos ratos de laboratório o seu ambiente através de várias tarefas de memória. Nessas experiências, que são concebidas para a aprendizagem espacial, os animais têm de aprender a lembrar-se da localização de recompensas alimentares em labirintos. Apesar da extensa investigação para compreender os mecanismos neurais da aprendizagem, da formação e da recordação da memória, muitas questões sobre estas funções cerebrais essenciais continuam sem resposta.
Os investigadores do grupo do Professor Jozsef Csicsvari do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA) demonstraram agora o papel fundamental das fases do sono na otimização do desempenho da memória. Utilizando um método sem fios, mediram os padrões de atividade neuronal no cérebro de ratos num ciclo de sono de 20 horas, alargando assim significativamente os tempos de medição anteriormente comunicados. "Mostrámos que os arranjos neuronais nas fases iniciais do sono reflectem memórias espaciais recentemente aprendidas. No entanto, à medida que o sono avança, os padrões de atividade neuronal transformam-se gradualmente nos padrões observados mais tarde, quando os ratos acordam e se lembram dos locais onde receberam as suas recompensas alimentares", afirma Csicsvari.
Mapear locais com recompensas - e lembrar-se delas
Trabalhos anteriores mostraram que uma área cortical do cérebro chamada hipocampo é importante tanto para explorar e manter rotas num ambiente (conhecido como navegação espacial) como para a aprendizagem espacial. Os neurónios do hipocampo seguem a posição do animal disparando em locais específicos, criando um mapa cognitivo do ambiente. Os animais utilizam este mapa para se orientarem no espaço e actualizam-no durante a aprendizagem. Os locais de recompensa desempenham um papel crucial neste processo, uma vez que estão desproporcionadamente representados no mapa cognitivo dos animais.
Após a aprendizagem espacial, o hipocampo desempenha um papel importante na melhoria da memória durante o sono. Isto ocorre através da reativação de traços de memória recentemente aprendidos. Num estudo anterior, o grupo de Csicsvari no ISTA mostrou que quanto mais frequentemente um animal reactivava um determinado local de recompensa durante o sono, melhor se lembrava dele quando acordava. Em contrapartida, quando a equipa tentou bloquear a reativação de uma memória de recompensa específica, os animais não conseguiram recordar a respectiva localização.
A reorganização dos padrões neuronais durante o sono molda as memórias
Enquanto anteriormente os investigadores só tinham conseguido investigar a reativação de memórias espaciais durante fases de sono mais curtas, de duas a quatro horas, a equipa conduziu agora essas experiências durante a longa noite de sono. Utilizando gravações sem fios, monitorizaram a atividade neuronal no hipocampo durante 20 horas, enquanto os ratos descansavam e dormiam após uma experiência de aprendizagem espacial.
"Os nossos resultados foram inesperados. Conseguimos mostrar que os padrões de atividade dos neurónios associados às localizações de recompensa se reorganizam durante o sono prolongado", afirma Lars Bollmann, um antigo aluno de doutoramento que terminou recentemente o seu doutoramento no ISTA e um dos dois primeiros autores do estudo. De facto, quando um determinado local de recompensa era reativado, nem todos os neurónios que representavam esse local permaneciam activos durante o sono. Enquanto alguns permaneceram activos - os investigadores do ISTA chamaram-lhes um "subgrupo estável" - outros deixaram de disparar em fases mais avançadas do sono. Ao mesmo tempo, porém, um novo grupo de neurónios começou a disparar gradualmente. "O mais surpreendente é que conseguimos mostrar que, enquanto o padrão de disparo dos neurónios nas primeiras fases do sono reflectia a atividade neuronal na fase de aprendizagem, este padrão evoluiu mais tarde para refletir a atividade neuronal quando os ratos acordavam e se lembravam da localização das recompensas", acrescenta Bollmann. Assim, a equipa não só observou uma mudança nos padrões de atividade neuronal durante o sono no contexto da aprendizagem espacial, como também a associou ao processo de reativação da memória. Conseguiram assim mostrar como o sono ajuda a manter as memórias frescas. Além disso, mostraram que esta reorganização ocorre durante o sono não-REM (non-rapid eye movement), enquanto o sono REM a contraria.
Libertar neurónios para novas memórias?
Que papel desempenha este fenómeno, que ocorre durante o sono e é conhecido como "deriva representacional"? "Só podemos especular sobre isso", diz Csicsvari. "É possível que as representações da memória tenham de ser formadas rapidamente durante a aprendizagem, mas que essas representações não sejam óptimas para o armazenamento a longo prazo. Por isso, durante o sono, pode ocorrer um processo que optimiza essas representações para reduzir os recursos cerebrais de armazenamento de uma determinada memória". Em apoio a esta hipótese, os investigadores observaram que, após o sono, havia menos neurónios associados a um determinado local de recompensa do que antes. Isto liberta alguns neurónios para registar memórias mais recentes. "Todas as novas memórias têm de encontrar uma forma de serem integradas no conhecimento existente. A repetição frequente das novas memórias e uma alteração parcial da cablagem neuronal podem, portanto, ajudar a otimizar a sua integração nas representações de memória existentes", conclui Csicsvari.
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