El sueño es fundamental para la memoria y el aprendizaje
¿Pueden los sueños predecir el futuro? La ciencia tiene la respuesta
Algunas neuronas no solo reproducen el pasado reciente sino que también anticipan experiencias futuras
Algunos sueños pueden, de hecho, predecir el futuro. Esta es la principal conclusión de una nueva investigación que ha descubierto que durante el sueño, algunas neuronas no solo reproducen el pasado reciente sino que también anticipan experiencias futuras. El descubrimiento forma parte de una serie de ideas aportadas por un estudio sobre el sueño y el aprendizaje publicado en Nature por un equipo de investigadores de la Universidad Rice y la Universidad de Michigan.
La investigación ofrece una visión sin precedentes de cómo las neuronas individuales en el hipocampo de ratas estabilizan y sintonizan las representaciones espaciales durante los períodos de descanso después de que los animales recorren un laberinto por primera vez.
«Ciertas neuronas se activan en respuesta a estímulos específicos», dijo Kamran Diba, profesor asociado de anestesiología en Michigan y autor correspondiente del estudio quien añade: «Las neuronas de la corteza visual se activan cuando se les presenta el estímulo visual apropiado. Las neuronas que estamos estudiando muestran preferencias de lugar».
Junto con colaboradores del Laboratorio de Memoria y Circuitos Neurales de Michigan dirigido por Diba, el neurocientífico de Rice, Caleb Kemere, ha estado estudiando el proceso mediante el cual estas neuronas especializadas producen una representación del mundo después de una nueva experiencia.
Los investigadores rastrearon ondas agudas , un patrón de activación neuronal que se sabe que desempeña un papel en la consolidación de nuevos recuerdos y, más recientemente, también se ha demostrado que etiqueta qué partes de una nueva experiencia deben almacenarse como recuerdos. «Por primera vez, observamos cómo estas neuronas individuales estabilizan las representaciones espaciales durante los períodos de descanso», dijo Kemere.
El sueño es fundamental para la memoria y el aprendizaje: la ciencia ha cuantificado esta antigua intuición midiendo el rendimiento en pruebas de memoria después de una siesta, en lugar de después de un período de vigilia o incluso de falta de sueño.
Hace un par de décadas, los científicos también descubrieron que las neuronas en el cerebro de animales dormidos a los que se les había permitido explorar un nuevo entorno justo antes de descansar se activaban de manera que repetían las trayectorias de los animales durante la exploración. Este hallazgo se alinea con el conocimiento de que el sueño ayuda a que nuevas experiencias cristalicen en recuerdos estables, lo que sugiere que las representaciones espaciales de muchas de estas neuronas especializadas en el hipocampo son estables durante el sueño. Sin embargo, los investigadores querían saber si había algo más.
Así se hizo el estudio
Los investigadores entrenaron a ratas para que corrieran de un lado a otro sobre una pista elevada con recompensa líquida en cada extremo y observaron cómo las neuronas individuales en el hipocampo de los animales «picoteaban» en el proceso. Al calcular una tasa promedio de picos durante muchas vueltas de ida y vuelta, los investigadores pudieron estimar el campo de ubicación de las neuronas, o el área del entorno que más «preocupaba» a una determinada neurona.
«El punto crítico aquí es que los campos de lugar se estiman utilizando el comportamiento del animal», dijo Kemere, destacando el desafío de evaluar qué sucede con los campos de lugar durante los períodos de descanso cuando el animal no se mueve físicamente a través del laberinto.
«He estado pensando durante mucho tiempo en cómo podemos evaluar las preferencias de las neuronas fuera del laberinto, como durante el sueño», dijo Diba y añade: «Abordamos este desafío relacionando la actividad de cada neurona individual con la actividad de todas las demás neuronas».
Innovación clave del estudio
Esta fue la innovación clave del estudio: los investigadores desarrollaron un enfoque estadístico de aprendizaje automático que utilizó las otras neuronas encuestadas para trazar una estimación de dónde soñaba estar el animal. Luego utilizaron esas posiciones soñadas para estimar el proceso de sintonización espacial de cada neurona en sus conjuntos de datos.
El método confirmó que las representaciones espaciales que se forman durante la experiencia de un nuevo entorno son, para la mayoría de las neuronas, estables durante varias horas de sueño posterior a la experiencia. Pero como habían anticipado los investigadores, había más en la historia.
«Lo que más me gustó de esta investigación y la razón por la que me entusiasmó es descubrir que no es necesariamente cierto que durante el sueño lo único que hacen estas neuronas es estabilizar el recuerdo de la experiencia», dijo Kemere quien añade: «Resulta que algunas neuronas acaban haciendo otra cosa».
«Podemos ver que estos otros cambios ocurren durante el sueño, y cuando volvemos a colocar a los animales en el medio ambiente por segunda vez, podemos validar que estos cambios realmente reflejan algo que se aprendió mientras los animales dormían. Es como si la segunda exposición al espacio ocurriera mientras el animal duerme».
Esto es importante porque constituye una observación directa de la neuroplasticidad tal como ocurre durante el sueño. Kemere subrayó que casi todas las investigaciones sobre plasticidad, que examinan los mecanismos que permiten a las neuronas reconectarse y formar nuevas representaciones, analizan lo que sucede durante los períodos de vigilia cuando se presentan estímulos, en lugar de durante el sueño, cuando los estímulos relevantes están ausentes.
«Parece que la plasticidad o el recableado en el cerebro requieren escalas de tiempo realmente rápidas», dijo Diba, señalando la fascinante relación entre la duración de la experiencia real, «que puede durar segundos, minutos pero también horas o días», y recuerdos reales, «que están súper comprimidos».
