Durante o sono, o hipocampo e o neocórtex interagem de maneiras críticas para a formação da memória.

Durante o sono, o hipocampo e o neocórtex interagem de maneiras críticas para a formação da memória.

Usando um modelo de rede neural, a neurocientista da Penn Anna Schapiro e colegas descobriram que o hipocampo e o neocórtex interagem de maneiras que são críticas para a formação da memória à medida que o corpo se move entre os ciclos de sono REM e de ondas lentas.

Qual o papel dos estágios do sono na formação das memórias? “Há muito que sabemos que a aprendizagem útil ocorre durante o sono”, diz a neurocientista Anna Schapiro, da Universidade da Pensilvânia. “Você codifica novas experiências enquanto está acordado, adormece e, quando acorda, sua memória mudou de alguma forma.”

Mas como exatamente as novas experiências são processadas durante o sono permanece em grande parte um mistério. Usando um modelo computacional de rede neural que eles construíram, Schapiro, Penn Ph.D. Os estudantes Dhairyya Singh e Kenneth Norman, da Universidade de Princeton, agora têm novos insights sobre o processo.

Numa investigação publicada no Proceedings of the National Academy of Sciences, mostram que o hipocampo ensina ao neocórtex o que aprendeu à medida que o cérebro percorre o sono de ondas lentas e movimentos rápidos dos olhos (REM), o que acontece cerca de cinco vezes por noite, para converter informações novas e fugazes em memórias duradouras.

Este não é apenas um modelo de aprendizagem em circuitos locais no cérebro. Desta forma, uma região do cérebro pode ensinar outra região do cérebro durante o sono, num momento em que não há orientação do mundo exterior. É também uma sugestão de como aprendemos graciosamente ao longo do tempo, à medida que nosso ambiente muda.”

Anna Schapiro, professora assistente do Departamento de Psicologia da Penn

Em termos gerais, Schapiro estuda a aprendizagem e a memória em humanos, particularmente como as pessoas adquirem e consolidam novas informações. Há muito que ela acredita que o sono desempenha um papel aqui, algo que ela e a sua equipa testaram num laboratório, registando o que acontece no cérebro dos participantes enquanto dormem.

Sua equipe também constrói modelos de redes neurais para simular funções de aprendizagem e memória. Especificamente para este trabalho, Schapiro e colegas construíram um modelo de rede neural que consiste em um hipocampo, o centro do cérebro para novas memórias, que tem a tarefa de aprender as informações episódicas cotidianas do mundo, e o neocórtex, que é responsável por facetas como a cognição no nível da linguagem e o armazenamento mais permanente da memória. Durante o sono simulado, os pesquisadores podem observar e registrar quais neurônios simulados disparam nessas duas áreas e depois analisar esses padrões de atividade.

A equipe conduziu várias simulações de sono usando um algoritmo de aprendizagem inspirado no cérebro que desenvolveram. As simulações mostraram que durante o sono de ondas lentas o cérebro recorda principalmente eventos e dados recentes, guiado pelo hipocampo, e durante o sono REM repete principalmente o que aconteceu antes, guiado pelo armazenamento de memória nas regiões neocorticais.

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“À medida que as duas regiões do cérebro se ligam durante o sono não-REM, o hipocampo na verdade ensina o neocórtex”, diz Singh, um estudante do segundo ano de pós-graduação no laboratório de Schapiro. “Depois, durante o REM, o neocórtex é reativado e pode repetir o que já sabe”, comprometendo assim os dados na memória de longo prazo.

Alternar entre as duas fases do sono também é importante, diz ele. "Quando o neocórtex não tem a chance de refletir sua própria informação, vemos que a informação ali é sobrescrita. Acreditamos que você precisa ter sono REM e não REM alternados para que ocorra uma forte formação de memória."

Os resultados são consistentes com o que se conhece na área, embora aspectos do modelo ainda sejam teóricos. “Ainda temos que testar isso”, diz Schapiro. “Um dos nossos próximos passos será realizar experiências para compreender se o sono REM realmente traz de volta memórias antigas e que impacto isso pode ter na integração de novas informações no seu conhecimento existente.”

Como as simulações atuais foram baseadas nas noites de sono saudáveis ​​de um adulto típico, elas não se generalizam necessariamente para outros tipos de adultos ou para hábitos de sono menos excelentes. Eles também não oferecem nenhuma visão sobre o que acontece com as crianças, que exigem quantidades e tipos de contato visual diferentes dos adultos. Schapiro diz que vê um grande potencial para o seu modelo responder a algumas destas questões em aberto. “Com uma ferramenta como esta é possível ir em várias direções, especialmente porque a arquitetura do sono muda ao longo da vida e em diferentes doenças, e podemos simular essas mudanças no modelo”, diz ela.

A longo prazo, uma melhor compreensão do papel das fases do sono na memória poderia ajudar a informar tratamentos para distúrbios psiquiátricos e neurológicos dos quais os défices de sono são um sintoma. Singh diz que também pode haver implicações para o aprendizado profundo e a inteligência artificial. “Nosso algoritmo de inspiração biológica poderia fornecer novas direções para um processamento de memória offline mais poderoso em sistemas de IA”, diz ele. Este trabalho de prova de conceito que liga o sono à formação da memória aproxima o campo desses objetivos.

Fonte:

Universidade da Pensilvânia

Referência:

Singh, D., et al. (2022) Um modelo de interações autonômicas entre o hipocampo e o neocórtex que impulsiona a consolidação da memória dependente do sono. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2123432119.

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