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Durante el sueño, el hipocampo y la neocorteza interactúan de maneras críticas para la formación de la memoria.
Utilizando un modelo de red neuronal, la neurocientífica de Penn Anna Schapiro y sus colegas descubrieron que el hipocampo y la neocorteza interactúan de maneras que son críticas para la formación de la memoria a medida que el cuerpo se mueve entre los ciclos de sueño REM y de ondas lentas. ¿Qué papel juegan las etapas del sueño en la formación de los recuerdos? "Sabemos desde hace mucho tiempo que el aprendizaje útil se produce durante el sueño", dice la neurocientífica Anna Schapiro de la Universidad de Pensilvania. "Codificas nuevas experiencias mientras estás despierto, te duermes y cuando despiertas tu memoria de alguna manera ha cambiado". Pero cómo se procesan exactamente las nuevas experiencias durante el sueño sigue siendo en gran medida un misterio. …
Durante el sueño, el hipocampo y la neocorteza interactúan de maneras críticas para la formación de la memoria.
Utilizando un modelo de red neuronal, la neurocientífica de Penn Anna Schapiro y sus colegas descubrieron que el hipocampo y la neocorteza interactúan de maneras que son críticas para la formación de la memoria a medida que el cuerpo se mueve entre los ciclos de sueño REM y de ondas lentas.
¿Qué papel juegan las etapas del sueño en la formación de los recuerdos? "Sabemos desde hace mucho tiempo que el aprendizaje útil se produce durante el sueño", dice la neurocientífica Anna Schapiro de la Universidad de Pensilvania. "Codificas nuevas experiencias mientras estás despierto, te duermes y cuando despiertas tu memoria de alguna manera ha cambiado".
Pero cómo se procesan exactamente las nuevas experiencias durante el sueño sigue siendo en gran medida un misterio. Utilizando un modelo computacional de red neuronal que construyeron, Schapiro, Penn Ph.D. Los estudiantes Dhairyya Singh y Kenneth Norman de la Universidad de Princeton ahora tienen nuevos conocimientos sobre el proceso.
En una investigación publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences, muestran que el hipocampo le enseña al neocórtex lo que ha aprendido a medida que el cerebro pasa por el sueño de ondas lentas y movimientos oculares rápidos (REM), que ocurre unas cinco veces por noche, para convertir información novedosa y fugaz en recuerdos duraderos.
Este no es sólo un modelo de aprendizaje en circuitos locales del cerebro. De esta manera, una región del cerebro puede enseñar a otra región del cerebro durante el sueño, en un momento en el que no hay guía del mundo exterior. También es una sugerencia sobre cómo aprendemos con gracia con el tiempo a medida que nuestro entorno cambia”.
Anna Schapiro, profesora asistente en el Departamento de Psicología de Penn
En términos generales, Schapiro estudia el aprendizaje y la memoria en los seres humanos, en particular cómo las personas adquieren y consolidan nueva información. Durante mucho tiempo ha creído que el sueño juega un papel aquí, algo que ella y su equipo probaron en un laboratorio registrando lo que sucede en el cerebro de los participantes mientras duermen.
Su equipo también construye modelos de redes neuronales para simular funciones de aprendizaje y memoria. Específicamente para este trabajo, Schapiro y sus colegas construyeron un modelo de red neuronal que consiste en un hipocampo, el centro del cerebro para nuevos recuerdos, que tiene la tarea de aprender la información episódica cotidiana del mundo, y la neocorteza, que es responsable de facetas como la cognición a nivel del lenguaje y el almacenamiento más permanente de la memoria. Durante el sueño simulado, los investigadores pueden observar y registrar qué neuronas simuladas se activan en estas dos áreas y luego analizar estos patrones de actividad.
El equipo realizó varias simulaciones del sueño utilizando un algoritmo de aprendizaje inspirado en el cerebro que desarrollaron. Las simulaciones mostraron que durante el sueño de ondas lentas el cerebro recuerda principalmente eventos y datos recientes, guiado por el hipocampo, y durante el sueño REM repite principalmente lo que sucedió antes, guiado por el almacenamiento de memoria en las regiones neocorticales.
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"A medida que las dos regiones del cerebro se conectan durante el sueño no REM, el hipocampo en realidad enseña al neocórtex", dice Singh, estudiante de posgrado de segundo año en el laboratorio de Schapiro. “Luego, durante el período REM, la neocorteza se reactiva y puede repetir lo que ya sabe”, guardando así los datos en la memoria a largo plazo.
También es importante cambiar entre las dos fases del sueño, afirma. "Cuando la neocorteza no tiene la oportunidad de reflejar su propia información, vemos que la información allí se sobrescribe. Creemos que es necesario alternar el sueño REM y no REM para que se produzca una fuerte formación de recuerdos".
Los resultados son consistentes con lo que se sabe en el campo, aunque algunos aspectos del modelo aún son teóricos. "Aún tenemos que probarlo", afirma Schapiro. "Uno de nuestros próximos pasos será realizar experimentos para comprender si el sueño REM realmente trae viejos recuerdos y qué impacto podría tener esto en la integración de nueva información en el conocimiento existente".
Debido a que las simulaciones actuales se basaron en el sueño nocturno saludable de un adulto típico, no necesariamente se generalizan a otros tipos de adultos o hábitos de sueño menos excelentes. Tampoco ofrecen información sobre lo que les sucede a los niños, que requieren cantidades y tipos de contacto visual diferentes a los de los adultos. Schapiro dice que ve un gran potencial en su modelo para responder algunas de estas preguntas abiertas. "Con una herramienta como ésta se puede ir en muchas direcciones, especialmente porque la arquitectura del sueño cambia a lo largo de la vida y en diferentes enfermedades, y podemos simular estos cambios en el modelo", afirma.
A largo plazo, una mejor comprensión del papel de las etapas del sueño en la memoria podría ayudar a informar los tratamientos para los trastornos psiquiátricos y neurológicos de los cuales los déficits de sueño son un síntoma. Singh dice que también podría haber implicaciones para el aprendizaje profundo y la inteligencia artificial. "Nuestro algoritmo de inspiración biológica podría proporcionar nuevas direcciones para un procesamiento de memoria fuera de línea más potente en sistemas de inteligencia artificial", afirma. Este trabajo de prueba de concepto que vincula el sueño y la formación de la memoria acerca el campo un paso más a estos objetivos.
Fuente:
Referencia:
Singh, D., y otros. (2022) Un modelo de interacciones autónomas entre el hipocampo y la neocorteza que impulsa la consolidación de la memoria dependiente del sueño. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2123432119.
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