Dormir bien nos ayuda a recordar información recientemente aprendida, grabando nuestra memoria. Esto también aplica a los animales, ya que recordar, por ejemplo, la ubicación de los recursos alimenticios es esencial para su supervivencia. Los científicos pueden examinar esta función del sueño en el laboratorio entrenando ratones o ratas de laboratorio sobre su entorno mediante diversas tareas de memoria.
por Andreas Rothe, Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria
En estos experimentos diseñados para el aprendizaje espacial, los animales deben aprender y posteriormente recordar la ubicación de las recompensas de comida en laberintos. A pesar de la extensa investigación dirigida a comprender los mecanismos neuronales que favorecen el aprendizaje, la formación de la memoria y el recuerdo, muchas preguntas sobre estas funciones cerebrales esenciales siguen sin respuesta.
Ahora, investigadores del grupo del profesor Jozsef Csicsvari en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) han investigado el papel clave de las etapas del sueño en la optimización de la memoria. Midieron de forma inalámbrica los patrones de actividad neuronal en cerebros de ratas durante hasta 20 horas de sueño, ampliando considerablemente los tiempos de medición previamente reportados.
Demostramos que las estructuras neuronales en las primeras etapas del sueño reflejan memorias espaciales recientemente aprendidas. Sin embargo, a medida que el sueño progresa, los patrones de actividad neuronal se transforman gradualmente en los observados más tarde, cuando las ratas despiertan y recuerdan la ubicación de sus recompensas alimentarias, afirma Csicsvari. El artículo se publicó en Neuron .
Mapeo y memorización de ubicaciones de recompensa
Estudios previos demostraron que el hipocampo, una zona cortical del cerebro, es importante tanto para explorar y mantener rutas en un entorno (navegación espacial) como para el aprendizaje espacial. Las neuronas hipocampales registran la ubicación del animal activándose en puntos específicos, formando así un mapa cognitivo del entorno. Los animales utilizan este mapa para navegar en el espacio y lo actualizan durante el aprendizaje. En este proceso, los puntos de recompensa desempeñan un papel fundamental, ocupando una representación desproporcionada en el mapa cognitivo de los animales.
Tras el aprendizaje espacial, el hipocampo desempeña un papel importante en la mejora de la memoria durante el sueño. Esto se logra reactivando los rastros de memoria recientemente aprendidos. Anteriormente, el grupo Csicsvari demostró que cuanto más a menudo se reactiva una ubicación de recompensa específica durante el sueño, mejor la recuerdan los animales al despertar. Por otro lado, cuando el equipo bloqueó la reactivación de una memoria de recompensa específica, los animales no pudieron recordar la ubicación correspondiente.
La reorganización de los patrones neuronales durante el sueño graba recuerdos
Si bien hasta ahora los científicos solo podían examinar la reactivación de las memorias espaciales en períodos de sueño más cortos, de dos a cuatro horas, el equipo logró realizar estos experimentos durante el sueño prolongado durante la noche. Mediante grabaciones inalámbricas, monitorizaron la actividad neuronal en el hipocampo durante hasta 20 horas mientras las ratas descansaban y dormían tras un paradigma de aprendizaje espacial.
«Nuestros hallazgos fueron inesperados. Demostramos que los patrones de actividad de las neuronas vinculadas a las zonas de recompensa se reorganizaron durante el sueño prolongado», afirma Lars Bollmann, doctorando de la ISTA y uno de los primeros autores del estudio.
De hecho, cuando se reactivaba una ubicación de recompensa determinada, no todas las neuronas que la representaban permanecieron activas durante todo el sueño. Si bien algunas lo hicieron (los investigadores de ISTA las denominaron un «subgrupo estable»), otras dejaron de activarse durante etapas posteriores del sueño. Pero, al mismo tiempo, un nuevo grupo de neuronas comenzó a activarse gradualmente.
«Lo más sorprendente es que demostramos que, si bien el patrón de activación neuronal en las primeras etapas del sueño reflejaba la actividad neuronal en la fase de aprendizaje, este patrón evolucionó posteriormente para reflejar la actividad neuronal cuando las ratas se despertaban y recordaban dónde se encontraban las recompensas», añade Bollmann.
Así, el equipo no solo observó una desviación en los patrones de actividad neuronal durante el sueño en el contexto del aprendizaje espacial , sino que también la relacionó con el proceso de reactivación de la memoria. De esta manera, arrojaron luz sobre cómo el sueño ayuda a mantener frescos los recuerdos. Además, demostraron que esta reorganización ocurre durante el sueño no REM (sueño con movimientos oculares rápidos), mientras que el sueño REM la contrarresta.
¿Liberar neuronas para nuevos recuerdos?
¿Cuál podría ser la función de este fenómeno, llamado «deriva representacional», que ocurre durante el sueño? «Solo podemos especular al respecto», afirma Csicsvari. «Es posible que las representaciones de la memoria se formen rápidamente durante el aprendizaje, pero que dichas representaciones no sean óptimas para el almacenamiento a largo plazo. Por lo tanto, durante el sueño podría ocurrir un proceso que optimiza estas representaciones para reducir los recursos cerebrales necesarios para almacenar un recuerdo específico».
En apoyo de esta hipótesis, los investigadores observaron que después de dormir, había menos neuronas vinculadas a una ubicación de recompensa determinada que antes. Por lo tanto, algunas neuronas se liberan para asimilar nuevos recuerdos.
«Todo nuevo recuerdo debe integrarse en el conocimiento existente. La repetición frecuente de los nuevos recuerdos, así como la modificación parcial del código neuronal, pueden contribuir a optimizar su integración en las representaciones de la memoria preexistente «, concluye Csicsvari.
Más información: Lars Bollmann et al., Las etapas del sueño modulan antagónicamente la deriva de reactivación, Neuron (2025). DOI: 10.1016/j.neuron.2025.02.025 . www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(25)00167-9
