Un estudio reciente publicado en Science ha identificado un mecanismo hasta ahora desconocido en el cerebro que ocurre durante el sueño y que ayuda a restablecer las vías de la memoria. Los investigadores descubrieron que una explosión de silencio neuronal en una parte específica del cerebro, el hipocampo, permite que las neuronas involucradas en la memoria se restablezcan y se preparen para un nuevo aprendizaje al día siguiente. Este fenómeno, denominado “aluvión de potenciales de acción” o “BARR”, permite que las neuronas se restablezcan, lo que garantiza que nuestros cerebros puedan seguir almacenando nueva información sin saturar las redes neuronales responsables de la memoria.
Los científicos saben desde hace mucho que el sueño desempeña un papel fundamental en el mantenimiento de la salud física y mental. Por ejemplo, el sueño ayuda a restablecer los niveles de energía, refuerza la función inmunológica y es vital para la regulación emocional.
Pero también desempeña un papel crucial en la formación de la memoria. Cuando experimentamos algo nuevo, las neuronas del hipocampo (una zona del cerebro responsable del aprendizaje y la memoria) se activan y codifican esa información. Durante el sueño, esas mismas neuronas repiten los patrones de actividad observados durante el día. Este proceso, llamado repetición de la memoria, fortalece las conexiones neuronales implicadas en esas experiencias, lo que ayuda a solidificar el recuerdo.
Sin embargo, una pregunta importante sin respuesta ha sido: ¿Cómo hace el cerebro para seguir aprendiendo y almacenando nueva información todos los días sin quedarse sin neuronas disponibles?. Si las mismas neuronas se utilizan repetidamente para nuevos recuerdos, ¿no acabarían «llenándose» o sobrecargadas? Este estudio fue diseñado para explorar esta misma cuestión, investigando cómo el cerebro evita que los circuitos de la memoria se vean abrumados por el aprendizaje constante.
“Pasamos aproximadamente un tercio de nuestra vida durmiendo, pero no sabemos qué procesos se llevan a cabo durante este tiempo, en nuestro cuerpo pero también en nuestro cerebro, que hacen que esta función sea tan fundamental para nuestra salud y, en casos extremos, para nuestra supervivencia”, dijo la autora del estudio Azahara Oliva, profesora adjunta de neurobiología y comportamiento en la Universidad de Cornell.
El equipo de investigación estudió la actividad cerebral de ratones para comprender mejor cómo el hipocampo equilibra el almacenamiento de la memoria durante el sueño. Los ratones se utilizan con frecuencia en los estudios de la memoria porque su estructura cerebral, en particular el hipocampo, es similar a la de los humanos.
Los investigadores utilizaron una combinación de técnicas avanzadas, como implantes de electrodos y optogenética, para monitorear y manipular la actividad neuronal en el hipocampo. Los electrodos permitieron al equipo rastrear regiones cerebrales específicas, mientras que la optogenética (un método que utiliza luz para controlar neuronas modificadas genéticamente) les permitió activar o silenciar selectivamente grupos particulares de neuronas durante el sueño.
El hipocampo se divide en tres regiones principales: CA1, CA2 y CA3. CA1 y CA3 son bien conocidas por su papel en el procesamiento de recuerdos, pero el papel de CA2 ha sido menos comprendido. Para investigar esto, los investigadores implantaron pequeños electrodos en el hipocampo de los ratones, específicamente dirigidos a las regiones CA1, CA2 y CA3. Estos electrodos registraron los patrones de activación de las neuronas durante los estados de vigilia y sueño.
Primero, los ratones fueron expuestos a varias tareas de memoria, incluida una tarea de desplazamiento de objetos, en la que tenían que recordar la ubicación de los mismos, y una tarea de memoria social, que implicaba reconocer a otros ratones. Después de estas tareas, los investigadores monitorearon la actividad cerebral durante el sueño para ver cómo se consolidaban los recuerdos.
Una característica clave de su experimento fue la capacidad de observar y registrar las ondas agudas (SWR, por sus siglas en inglés), breves ráfagas de actividad cerebral que ocurren en el hipocampo durante el sueño profundo. Se cree que las SWR son cruciales para reproducir recuerdos y fortalecer las conexiones neuronales. Sin embargo, el equipo también notó un nuevo tipo de evento cerebral durante el sueño en la región CA2: la BARR. A diferencia de las SWR, que implican un alto nivel de activación sincronizada en muchas neuronas, los eventos BARR se caracterizaron por el silenciamiento de ciertas neuronas, particularmente en la región CA2, lo que detuvo temporalmente su actividad.
Mediante el uso de herramientas optogenéticas, los investigadores pudieron interrumpir estos eventos BARR en tiempo real, lo que les permitió estudiar cómo este silenciamiento afectaba a la consolidación de la memoria. Pudieron controlar con precisión cuándo silenciar o activar las neuronas y medir el impacto resultante en el rendimiento de la memoria de los ratones.
El descubrimiento más significativo fue la identificación del evento BARR, que actúa como una especie de “botón de reinicio” para las neuronas del hipocampo. Durante el sueño, cuando el cerebro está reproduciendo recuerdos a través de los SWR, ciertas neuronas de la región CA2 se desactivan. Este período de silencio permite que las neuronas que se utilizaron intensamente durante el aprendizaje se reinicien, preparándolas para un nuevo aprendizaje al día siguiente.
Los investigadores creen que sin este mecanismo de reinicio, el hipocampo se vería rápidamente desbordado por el uso repetido de las mismas neuronas para almacenar recuerdos. Los eventos BARR ofrecen al cerebro una forma de reutilizar las neuronas para nuevas tareas sin comprometer su capacidad de codificar nueva información.
“El mensaje principal de nuestro estudio es que, si bien se sabe que el sueño es necesario para que nuestras experiencias recientes se incorporen a la memoria a largo plazo, acabamos de descubrir que nuestro cerebro también resetea nuestros recuerdos, prepara el sistema para que nuevos recuerdos se incorporen al día siguiente, de modo que nuestros circuitos neuronales no se saturen y sigan funcionando de manera óptima”, dijo Oliva a PsyPost.
En el estudio, cuando se interrumpieron los eventos BARR mediante optogenética, los ratones mostraron un deterioro significativo en su capacidad para recordar las tareas anteriores. Esto fue particularmente evidente en la tarea de desplazamiento de objetos, donde los ratones tuvieron dificultades para recordar qué objetos habían sido movidos.
Curiosamente, la interrupción de los eventos BARR no pareció afectar la tasa general de ondas agudas, lo que sugiere que si bien las ondas agudas son importantes para reproducir y fortalecer los recuerdos, las BARR juegan un papel separado pero igualmente crítico en la prevención de la sobrecarga de la memoria.
Análisis posteriores mostraron que las neuronas más involucradas en la codificación de nuevas experiencias (las que se activan más durante el aprendizaje) eran las mismas neuronas que se silenciaban durante los eventos BARR. Esto indica que el cerebro desactiva selectivamente las neuronas más activas durante el sueño para evitar sobrecargarlas. El equilibrio entre la reactivación impulsada por SWR y el silenciamiento impulsado por BARR parece ser esencial para mantener los circuitos de memoria saludables.
“Nos sorprendió mucho descubrir que este fenómeno de reseteo de la memoria es un proceso activo: si bloqueamos el reseteo de la memoria silenciando las neuronas responsables del mismo, el recuerdo no se consolida adecuadamente”, explica Oliva. “Esto significa que la memoria es un proceso doble, con circuitos neuronales que potencian la consolidación de una experiencia dada y circuitos neuronales que controlan que esta consolidación no supere un límite saludable”.
Si bien este estudio ofrece nuevos conocimientos sobre cómo el cerebro gestiona la memoria durante el sueño, aún quedan varias preguntas sin respuesta. Una limitación es que el estudio se realizó en ratones, que tienen estructuras cerebrales similares a las de los humanos, pero no idénticas. Se necesitarán más investigaciones para confirmar si estos hallazgos se aplican directamente a la consolidación de la memoria humana.
Otra limitación es que los investigadores se centraron principalmente en el hipocampo. Aunque el hipocampo es crucial para la memoria, otras regiones del cerebro, como la corteza, también desempeñan un papel importante en el almacenamiento de recuerdos a largo plazo. Sigue sin estar claro cómo interactúan los mecanismos de restablecimiento del hipocampo con estas otras áreas del cerebro.
De cara al futuro, los investigadores planean investigar varias cuestiones clave: “¿Cómo sabe el cerebro qué neuronas deben consolidarse y reiniciarse? ¿Cuál es el marcador? ¿Cuánto podemos potenciar la memoria sin saturar el cerebro? ¿Y podemos utilizar los mecanismos de reinicio para borrar recuerdos no deseados? Esto todavía no lo sabemos”, explicó Oliva.
“Nuestro objetivo a largo plazo es comprender cuáles son los marcadores fisiológicos de los diferentes procesos cognitivos que se benefician de un buen sueño y cómo se regulan desde el circuito neuronal hasta el nivel molecular”.
El estudio, “Un mecanismo de circuito hipocampal para equilibrar la reactivación de la memoria durante el sueño”, fue escrito por Lindsay A. Karaba, Heath L. Robinson, Ryan E. Harvey, Weiwei Chen, Antonio Fernández-Ruiz y Azahara Oliva.
Fuente: PsyPost.org