Los neurocientíficos han establecido en las últimas décadas la idea de que algunas de las experiencias de cada día son convertidas por el cerebro en recuerdos permanentes durante el sueño de esa misma noche. Ahora, un nuevo estudio propone un mecanismo que determina qué recuerdos se etiquetan como lo suficientemente importantes como para permanecer en el cerebro hasta que el sueño los vuelve permanentes.
Dirigido por investigadores de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York, el estudio gira en torno a células cerebrales llamadas neuronas que se «activan» (o provocan cambios en el equilibrio de sus cargas positivas y negativas) para transmitir señales eléctricas que codifican recuerdos. Grandes grupos de neuronas en una región del cerebro llamada hipocampo se activan juntas en ciclos rítmicos, creando secuencias de señales con una diferencia de milisegundos entre sí que pueden codificar información compleja.
Llamadas «ondas agudas», estos «gritos» al resto del cerebro representan la activación casi simultánea del 15 por ciento de las neuronas del hipocampo, y reciben su nombre por la forma que adoptan cuando su actividad es capturada por electrodos y registrada en un grafico.
Si bien estudios anteriores habían relacionado las ondas con la formación de recuerdos durante el sueño, el nuevo estudio, publicado en línea en la revista Ciencia el 28 de marzo, descubrieron que los eventos diurnos seguidos inmediatamente por entre cinco y 20 ondas agudas se repiten más durante el sueño y, por lo tanto, se consolidan en recuerdos permanentes. Los acontecimientos seguidos por muy pocas o ninguna onda aguda no lograron formar recuerdos duraderos.
«Nuestro estudio encuentra que las ondas agudas son el mecanismo fisiológico utilizado por el cerebro para 'decidir' qué conservar y qué descartar», afirmó el autor principal del estudio György Buzsáki, MD, PhD, profesor Biggs de Neurociencia en el Departamento de Neurociencia y Fisiología en NYU Langone Health.
Caminar y hacer una pausa
El nuevo estudio se basa en un patrón conocido: los mamíferos, incluidos los humanos, experimentan el mundo durante unos momentos, luego hacen una pausa, luego experimentan un poco más y luego hacen una pausa nuevamente. Después de prestar atención a algo, dicen los autores del estudio, el cálculo cerebral a menudo cambia a un modo de reevaluación «inactivo». Estas pausas momentáneas ocurren a lo largo del día, pero los períodos de inactividad más largos ocurren durante el sueño.
Buzsaki y sus colegas habían establecido previamente que no se producen ondas agudas mientras exploramos activamente la información sensorial o nos movemos, sino sólo durante las pausas inactivas antes o después. El estudio actual encontró que las ondas agudas representan el mecanismo de etiquetado natural durante tales pausas después de las experiencias de vigilia, con los patrones neuronales etiquetados reactivados durante el sueño posterior a la tarea.
Es importante destacar que se sabe que las ondas agudas se forman mediante la activación de «células de lugar» del hipocampo en un orden específico que codifica cada habitación a la que entramos y cada brazo de un laberinto al que entra un ratón. Para los recuerdos que se recuerdan, esas mismas células se activan a alta velocidad, mientras dormimos, «reproduciendo el evento grabado miles de veces por noche». El proceso fortalece las conexiones entre las células involucradas.
Para el estudio actual, se rastrearon sucesivos recorridos por laberintos realizados por ratones de estudio mediante electrodos mediante poblaciones de células del hipocampo que cambiaban constantemente con el tiempo a pesar de registrar experiencias muy similares. Esto reveló por primera vez los recorridos del laberinto durante los cuales se producían ondas durante las pausas de vigilia y luego se repetían durante el sueño.
Por lo general, se registraban ondas agudas cuando un ratón se detenía para disfrutar de un bocadillo azucarado después de cada recorrido por el laberinto. El consumo de la recompensa, dicen los autores, preparó al cerebro para cambiar de un patrón exploratorio a uno inactivo, de modo que pudieran ocurrir ondas agudas.
Utilizando sondas de silicio de doble cara, el equipo de investigación pudo registrar hasta 500 neuronas simultáneamente en el hipocampo de animales mientras recorrían el laberinto. Esto, a su vez, creó un desafío porque los datos se vuelven extremadamente complejos cuanto más neuronas se registran de forma independiente. Para obtener una comprensión intuitiva de los datos, visualizar la actividad neuronal y formular hipótesis, el equipo redujo con éxito el número de dimensiones de los datos, de alguna manera como convertir una imagen tridimensional en una plana, y sin perder la integridad de los datos. .
«Trabajamos para eliminar el mundo externo de la ecuación y observamos los mecanismos mediante los cuales el cerebro de los mamíferos marca de manera innata y subconsciente algunos recuerdos para que se vuelvan permanentes», dijo el primer autor Wannan (Winnie) Yang, PhD, estudiante de posgrado en Buzsáki. laboratorio. «Por qué evolucionó tal sistema sigue siendo un misterio, pero investigaciones futuras pueden revelar dispositivos o terapias que puedan ajustar ondas agudas para mejorar la memoria, o incluso disminuir el recuerdo de eventos traumáticos».
Junto con los Dres. Buzsáki y Yang, los autores del estudio del Instituto de Neurociencia de NYU Langone Health fueron Roman Huszár y Thomas Hainmueller. Kirill Kiselev, del Centro de Ciencias Neurales de la Universidad de Nueva York, también fue autor, al igual que Chen Sun de Mila, el Instituto de Inteligencia Artificial de Quebec, en Montreal. El trabajo fue apoyado por las subvenciones R01MH122391 y U19NS107616 del Instituto Nacional de Salud.
