Investigadores franceses acaban de levantar parte del velo que aún rodea la actividad cerebral mientras dormimos. Si sabemos que algunas neuronas se reactivan durante el sueño para consolidar nuestros recuerdos, todavía no sabíamos cómo estas células podrían "recordar" la secuencia temporal que acompañó a la experiencia.
Ahora, un equipo de investigación del CNRS, PSL University, Collège de France e Inserm, ha descubierto que la reactivación de las neuronas durante el sueño se basa en una activación que tiene lugar durante el día para marcar el pasado, presente y futuro de una experiencia: la así llamada reactivación de secuencias theta. Los resultados se publican en la revista Science.
La consolidación de memorias espaciales y episódicas se basa en la reproducción de secuencias de actividad neuronal durante el sueño. El cerebro evoca reiteradamente el recuerdo de una experiencia para memorizarla y archivarla correctamente. La repetición es el mejor método de memorización, incluso para las propias neuronas.
Este es el principio de lo que los neurobiólogos llaman reactivación de secuencias: durante el sueño, las neuronas del hipocampo relacionadas con una tarea se activan en un orden específico para evocar el recuerdo de una experiencia, lo que consolida la memoria de esta vivencia.
La reactivación de secuencias es fundamental para el almacenamiento a largo plazo de los recuerdos y para los intercambios de memorias entre el hipocampo y el resto del cerebro. Presente solo en estado reposo, la reactivación de secuencias aparece después de que las neuronas encargadas de almacenar recuerdos inicien su actividad para evocar la memoria de una actividad o experiencia reciente.
Eso significa que las neuronas "memorizan" en qué orden deben encenderse para permitir que los recuerdos se almacenen en el orden cronológico seguido por la experiencia: primero tomamos el coche y luego llegamos al trabajo. En ese orden las neuronas archivan el recuerdo. Lo que no sabíamos es el mecanismo que sigue este proceso: cómo consiguen las neuronas representarnos un recuerdo en el mismo orden en el que sucedió la experiencia, es decir, cómo recuerdan esa secuencia episódica. Este es el principal resultado de esta investigación.
Células de lugar
Los investigadores han conocido la respuesta estudiando las secuencias de actividad de las células de lugar en ratas. Las células de lugar son neuronas del hipocampo que se iluminan siguiendo la posición del animal en el ambiente mientras se mueve.
Primero se iluminan lentamente, mientras el animal se mueve durante la experiencia y está despierto. Esta iluminación de las neuronas se desarrolla al mismo ritmo que ocurre la experiencia.
Sin embargo, durante el sueño, cuando llega el momento de archivar la memoria de esa experiencia, la reactivación de secuencias es mucho más rápida. No sigue el ritmo temporal de la tarea realizada: si un ratón tardó 15 minutos en recorrer un espacio siguiendo una trayectoria, el archivo de ese recuerdo se produce mucho más deprisa de lo que tardó en vivirse la experiencia. De esta forma consolida el recuerdo de una experiencia vivida durante el día.
Sin embargo, las células de lugar manifiestan otro tipo de secuencia, llamadas secuencias theta, que establecen patrones coordinados de activación secuencial representando el pasado, el presente y el futuro durante la navegación animal. Es decir, son células que no sólo memorizan los espacios y la experiencia vivida, sino también la secuencia en la que se produjo.
Estas secuencias theta se diferencian de las otras secuencias del sueño en que combinan tanto las células de lugar que se activan cuando el animal se mueve, reflejando el espacio geográfico donde tiene lugar la experiencia, con otras células de lugar que manifiestan la secuencia, el pasado, presente y futuro, de la experiencia vivida en ese espacio.
El proceso en consecuencia es el siguiente: durante una experiencia, unas células de lugar se van encendiendo para reflejar en el cerebro el espacio donde se está desarrollando. La activación se produce al mismo ritmo que se produce la experiencia.
Durante el sueño, el cerebro recupera esa información y activa otras neuronas para archivar el recuerdo de esa experiencia. En ese momento, el procesado de esa información es mucho más rápido, no tarda el tiempo que duró la experiencia.
Entonces entran en escena otras neuronas del hipocampo que también han participado en el proceso de la experiencia, señalando en el recuerdo la secuencia temporal en la que se produjo. Durante el sueño, aporta esta información adicional a la consolidación del recuerdo.
De esta forma el cerebro procede a almacenar recuerdos de la experiencia vivida durante el día. En este proceso, la combinación de secuencias de activación es la que permite la consolidación de recuerdos, tanto en su dimensión geográfica, como experiencial y secuencial.
Ahora, un equipo de investigación del CNRS, PSL University, Collège de France e Inserm, ha descubierto que la reactivación de las neuronas durante el sueño se basa en una activación que tiene lugar durante el día para marcar el pasado, presente y futuro de una experiencia: la así llamada reactivación de secuencias theta. Los resultados se publican en la revista Science.
La consolidación de memorias espaciales y episódicas se basa en la reproducción de secuencias de actividad neuronal durante el sueño. El cerebro evoca reiteradamente el recuerdo de una experiencia para memorizarla y archivarla correctamente. La repetición es el mejor método de memorización, incluso para las propias neuronas.
Este es el principio de lo que los neurobiólogos llaman reactivación de secuencias: durante el sueño, las neuronas del hipocampo relacionadas con una tarea se activan en un orden específico para evocar el recuerdo de una experiencia, lo que consolida la memoria de esta vivencia.
La reactivación de secuencias es fundamental para el almacenamiento a largo plazo de los recuerdos y para los intercambios de memorias entre el hipocampo y el resto del cerebro. Presente solo en estado reposo, la reactivación de secuencias aparece después de que las neuronas encargadas de almacenar recuerdos inicien su actividad para evocar la memoria de una actividad o experiencia reciente.
Eso significa que las neuronas "memorizan" en qué orden deben encenderse para permitir que los recuerdos se almacenen en el orden cronológico seguido por la experiencia: primero tomamos el coche y luego llegamos al trabajo. En ese orden las neuronas archivan el recuerdo. Lo que no sabíamos es el mecanismo que sigue este proceso: cómo consiguen las neuronas representarnos un recuerdo en el mismo orden en el que sucedió la experiencia, es decir, cómo recuerdan esa secuencia episódica. Este es el principal resultado de esta investigación.
Células de lugar
Los investigadores han conocido la respuesta estudiando las secuencias de actividad de las células de lugar en ratas. Las células de lugar son neuronas del hipocampo que se iluminan siguiendo la posición del animal en el ambiente mientras se mueve.
Primero se iluminan lentamente, mientras el animal se mueve durante la experiencia y está despierto. Esta iluminación de las neuronas se desarrolla al mismo ritmo que ocurre la experiencia.
Sin embargo, durante el sueño, cuando llega el momento de archivar la memoria de esa experiencia, la reactivación de secuencias es mucho más rápida. No sigue el ritmo temporal de la tarea realizada: si un ratón tardó 15 minutos en recorrer un espacio siguiendo una trayectoria, el archivo de ese recuerdo se produce mucho más deprisa de lo que tardó en vivirse la experiencia. De esta forma consolida el recuerdo de una experiencia vivida durante el día.
Sin embargo, las células de lugar manifiestan otro tipo de secuencia, llamadas secuencias theta, que establecen patrones coordinados de activación secuencial representando el pasado, el presente y el futuro durante la navegación animal. Es decir, son células que no sólo memorizan los espacios y la experiencia vivida, sino también la secuencia en la que se produjo.
Estas secuencias theta se diferencian de las otras secuencias del sueño en que combinan tanto las células de lugar que se activan cuando el animal se mueve, reflejando el espacio geográfico donde tiene lugar la experiencia, con otras células de lugar que manifiestan la secuencia, el pasado, presente y futuro, de la experiencia vivida en ese espacio.
El proceso en consecuencia es el siguiente: durante una experiencia, unas células de lugar se van encendiendo para reflejar en el cerebro el espacio donde se está desarrollando. La activación se produce al mismo ritmo que se produce la experiencia.
Durante el sueño, el cerebro recupera esa información y activa otras neuronas para archivar el recuerdo de esa experiencia. En ese momento, el procesado de esa información es mucho más rápido, no tarda el tiempo que duró la experiencia.
Entonces entran en escena otras neuronas del hipocampo que también han participado en el proceso de la experiencia, señalando en el recuerdo la secuencia temporal en la que se produjo. Durante el sueño, aporta esta información adicional a la consolidación del recuerdo.
De esta forma el cerebro procede a almacenar recuerdos de la experiencia vivida durante el día. En este proceso, la combinación de secuencias de activación es la que permite la consolidación de recuerdos, tanto en su dimensión geográfica, como experiencial y secuencial.
Metodología
Estos investigadores lo han descubierto ideando un ingenioso sistema mediante el cual apreciaron la diferente activación de frecuencias en el cerebro de ratones. Los animales se transportan en un tren eléctrico, en un vagón equipado con una cinta de correr.
Cuando la alfombra está apagada, no hay secuencia experiencial y la reactivación de secuencias theta, que evocan la secuencia temporal, no se produce correctamente. Sólo se activan fielmente cuando la cinta de correr se activa y obliga a los ratones a moverse.
Los investigadores pudieron observar que después de varios giros de tren con la cinta de correr detenida, las células del hipocampo de las ratas no se reactivan durante el sueño en el mismo orden que durante la vigilia, dando como resultado una reproducción deteriorada del recuerdo. Es decir, no ha funcionado el mecanismo que aportan las células de lugar cuando se activan mediante secuencias theta y por ello el recuerdo que se almacena en la memoria es imperfecto.
Por el contrario, después de un viaje en tren con la alfombra en funcionamiento y los ratones moviéndose, las células de lugar generaban secuencias theta claras y durante el sueño repetían la trayectoria temporal precisa de la experiencia.
Por lo tanto, han concluido estos investigadores, son las secuencias theta, que recogen el pasado, presente y futuro de una experiencia, las que son esenciales para la consolidación de la memoria correcta durante el sueño.
Estos investigadores lo han descubierto ideando un ingenioso sistema mediante el cual apreciaron la diferente activación de frecuencias en el cerebro de ratones. Los animales se transportan en un tren eléctrico, en un vagón equipado con una cinta de correr.
Cuando la alfombra está apagada, no hay secuencia experiencial y la reactivación de secuencias theta, que evocan la secuencia temporal, no se produce correctamente. Sólo se activan fielmente cuando la cinta de correr se activa y obliga a los ratones a moverse.
Los investigadores pudieron observar que después de varios giros de tren con la cinta de correr detenida, las células del hipocampo de las ratas no se reactivan durante el sueño en el mismo orden que durante la vigilia, dando como resultado una reproducción deteriorada del recuerdo. Es decir, no ha funcionado el mecanismo que aportan las células de lugar cuando se activan mediante secuencias theta y por ello el recuerdo que se almacena en la memoria es imperfecto.
Por el contrario, después de un viaje en tren con la alfombra en funcionamiento y los ratones moviéndose, las células de lugar generaban secuencias theta claras y durante el sueño repetían la trayectoria temporal precisa de la experiencia.
Por lo tanto, han concluido estos investigadores, son las secuencias theta, que recogen el pasado, presente y futuro de una experiencia, las que son esenciales para la consolidación de la memoria correcta durante el sueño.
Referencia
Nested sequences of hippocampal assemblies during behavior support subsequent sleep replay. Celine Drieu et al. Science, 09 Nov 2018: Vol. 362, Issue 6415, pp. 675-679. DOI:10.1126/science.aat2952
Nested sequences of hippocampal assemblies during behavior support subsequent sleep replay. Celine Drieu et al. Science, 09 Nov 2018: Vol. 362, Issue 6415, pp. 675-679. DOI:10.1126/science.aat2952