Según un nuevo estudio realizado por investigadores de UC San Francisco, los patrones distintos de actividad eléctrica en el cerebro dormido pueden influir en si recordamos u olvidamos lo que aprendimos el día anterior. Los científicos pudieron influir en qué tan bien las ratas aprendieron una nueva habilidad alajustar estas ondas cerebrales mientras los animales dormían, lo que sugiere posibles aplicaciones futuras para aumentar la memoria humana u olvidar experiencias traumáticas, dicen los investigadores.
En el nuevo estudio, publicado en línea el 3 de octubre en la revista Celda , un equipo de investigación dirigido por Karunesh Ganguly, MD, PhD, profesor asociado de neurología y miembro del Instituto UCSF Weill para Neurociencias, usó una técnica llamada optogenética para amortiguar a voluntad tipos específicos de actividad cerebral en ratas dormidas.
Esto permitió a los investigadores determinar que dos tipos distintos de ondas cerebrales lentas observadas durante el sueño, llamadas oscilaciones lentas y ondas delta, respectivamente fortalecían o debilitaban la activación de células cerebrales específicas involucradas en una habilidad recién aprendida, en este caso, cómooperar una boquilla de agua que las ratas podrían controlar con sus cerebros a través de un implante neural.
"Nos sorprendió descubrir que podríamos mejorar o empeorar el aprendizaje al amortiguar estos distintos tipos de ondas cerebrales durante el sueño", dijo Ganguly. "En particular, las ondas delta son una gran parte del sueño, pero han sido menos estudiadas, y nadie les había asignado un papel. Creemos que estos dos tipos de ondas lentas compiten durante el sueño para determinar si la nueva información se consolida y almacena, o si se olvida ".
"Vincular un tipo específico de onda cerebral al olvido es un concepto nuevo", agregó Ganguly. "Se han realizado más estudios sobre el fortalecimiento de los recuerdos, menos sobre el olvido, y tienden a estudiarse de forma aislada el uno del otro. Lo que nuestrolos datos indican que existe una competencia constante entre los dos: es el equilibrio entre ellos lo que determina lo que recordamos ".
Algunos duermen para recordar, otros para olvidar
En las últimas dos décadas, la corazonada humana de que el sueño desempeña un papel en la formación de recuerdos ha sido cada vez más respaldada por estudios científicos. Los estudios en animales muestran que las mismas neuronas involucradas en la formación de la memoria inicial de una nueva tarea o experienciase reactivan durante el sueño para consolidar estos rastros de memoria en el cerebro. Muchos científicos creen que el olvido también es una función importante del sueño, tal vez como una forma de despejar la mente al eliminar información sin importancia.
Las oscilaciones lentas y las ondas delta son características del llamado sueño no REM, que, al menos en humanos, constituye la mitad o más del sueño nocturno. Hay evidencia de que estas etapas de sueño no REMpapel en la consolidación de varios tipos de memoria, incluido el aprendizaje de habilidades motoras. En humanos, los investigadores han descubierto que el tiempo pasado en las primeras etapas del sueño no REM está asociado con un mejor aprendizaje de un simple riff de piano, por ejemplo.
El equipo de Ganguly comenzó a estudiar el papel del sueño en el aprendizaje como parte de sus esfuerzos continuos para desarrollar implantes neuronales que permitirían a las personas con parálisis controlar de manera más confiable las extremidades robóticas con su cerebro. En los primeros experimentos en animales de laboratorio, había notado queLas mayores mejoras en la capacidad de los animales para operar estas interfaces cerebro-computadora ocurrieron cuando dormían entre sesiones de entrenamiento.
"Nos dimos cuenta de que necesitábamos comprender cómo se produce el aprendizaje y el olvido durante el sueño para comprender cómo integrar verdaderamente los sistemas artificiales en el cerebro", dijo Ganguly.
Las ondas cerebrales compiten para determinar el aprendizaje durante el sueño
En el nuevo estudio, una docena de ratas fueron implantadas con electrodos que monitorean el disparo entre un pequeño grupo de neuronas seleccionadas en la corteza motora de sus cerebros, que está involucrado en concebir y ejecutar movimientos voluntarios. Producir un patrón particular de disparo neuronal permitióratas para controlar un tubo dispensador de agua en sus jaulas. En esencia, las ratas estaban realizando una especie de biorretroalimentación: cada rata aprendió a disparar un pequeño conjunto de neuronas en un nuevo patrón único para mover la espita y obtenerel agua.
El equipo de Ganguly observó el mismo nuevo patrón de disparo único que se repetía en los cerebros de los animales mientras dormían. La fuerza de esta reactivación durante el sueño determinó qué tan bien las ratas podían controlar el pico de agua al día siguiente. Pero los investigadores querían ir más allá:- para comprender cómo controla el cerebro si las ratas aprenden u olvidan mientras duermen.
Para manipular el efecto de las ondas cerebrales durante el sueño no REM, los investigadores modificaron genéticamente las neuronas de las ratas para expresar un interruptor de control optogenético sensible a la luz, lo que permite al equipo usar láseres y fibra óptica para amortiguar instantáneamente la actividad cerebral asociada con la transmisión deondas cerebrales específicas. Con una sincronización precisa del láser en milisegundos, los científicos en experimentos separados amortiguaron específicamente las ondas oscilantes lentas o las ondas delta en un pequeño parche del cerebro alrededor del nuevo circuito de memoria.
La interrupción de las ondas delta fortaleció la reactivación de la actividad neuronal asociada a la tarea durante el sueño y se asoció con un mejor rendimiento al despertar. Por el contrario, la interrupción de las oscilaciones lentas resultó en un rendimiento deficiente al despertar ". Las oscilaciones lentas parecen estar protegiendo nuevos patrones de neuronaldisparar después de aprender, mientras que las ondas delta tienden a borrarlos y promover el olvido ", dijo Ganguly.
Un análisis posterior mostró que, para proteger el aprendizaje, debían producirse oscilaciones lentas al mismo tiempo que un tercer fenómeno de ondas cerebrales bien estudiado, llamado husos del sueño. Un huso del sueño es un estallido de alta frecuencia y corta duración.actividad que se origina en una región llamada tálamo y luego se propaga a otras partes del cerebro. Se han relacionado con la consolidación de la memoria, y la falta de husos normales del sueño se asocia con enfermedades cerebrales, como esquizofrenia y retraso del desarrollo, y también con el envejecimiento.
"Nuestro trabajo muestra que hay un fuerte impulso para olvidar durante el sueño", dijo Ganguly. "Los pares muy breves de husos de sueño y oscilaciones lentas pueden superar el olvido impulsado por las ondas delta y preservar el aprendizaje, pero el equilibrio es muy delicado. Inclusopequeños disturbios en estos eventos llevan al olvido "
Todavía no se sabe qué inclina la balanza entre el olvido impulsado por las ondas delta y el aprendizaje lento impulsado por la oscilación, pero está claro que una mejor comprensión del proceso podría tener profundos impactos en el estudio del aprendizaje y la memoria humanos, dijo Ganguly.realmente impulsando cambios profundos en el cerebro. Entender estos cambios será crítico para la integración cerebral de las interfaces artificiales y algún día nos permitirá modificar los circuitos neuronales para ayudar en la rehabilitación del movimiento, como después del accidente cerebrovascular, donde estudios anteriores han demostrado que el sueño juega un papel importante.papel importante en la recuperación exitosa "
Financiación: El estudio fue financiado por el Departamento de Asuntos de Veteranos, los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Investigación de Corea y el Fondo Burroughs Wellcome. Ganguly diseñó el estudio con los becarios posdoctorales Jaekyung Kim y Tanuj Gulati, quienes realizaron elexperimentos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Francisco . Original escrito por Jeff Norris y Nicholas Weiler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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