¿PREDICEN LOS SUEÑOS EL FUTURO? MIENTRAS DORMIMOS, LAS
NEURONAS ENSAYAN LO QUE VA A PASAR
Una
nueva investigación permite observar directamente y en tiempo real la
neuroplasticidad durante el sueño
Aunque las premoniciones
son cosa de fantasía, resulta que algunos sueños pueden predecir el futuro. Una
nueva investigación ha descubierto que, durante el sueño, algunas neuronas no
sólo reproducen el pasado reciente, sino que también anticipan experiencias
futuras.
Este descubrimiento forma
parte de una serie de descubrimientos aportados por un estudio sobre el sueño y
el aprendizaje publicado en Nature por un equipo de investigadores de la
Universidad Rice y la Universidad de Michigan. La investigación ofrece una
visión sin precedentes de cómo las neuronas individuales del hipocampo de las
ratas estabilizan y afinan las representaciones espaciales durante los periodos
de descanso que siguen a la primera vez que los animales recorren un laberinto.
«Ciertas
neuronas se disparan en respuesta a estímulos específicos», explica Kamran
Diba, profesor asociado de anestesiología en Michigan y autor correspondiente
del estudio. «Las neuronas de la corteza visual se disparan cuando se les
presenta el estímulo visual apropiado. Las neuronas que estudiamos muestran
preferencias de lugar».
Junto con
colaboradores del Laboratorio de Circuitos Neuronales y Memoria de Michigan,
dirigido por Diba, el neurocientífico de Rice Caleb Kemere ha estado estudiando
el proceso por el que estas neuronas especializadas producen una representación
del mundo tras una nueva experiencia. En concreto, los investigadores
rastrearon ondulaciones de ondas agudas, un patrón de activación neuronal que
se sabe que desempeña un papel en la consolidación de nuevos recuerdos y que,
más recientemente, también se ha demostrado que marca qué partes de una nueva
experiencia se van a almacenar como recuerdos.
«En este
trabajo observamos por primera vez cómo estas neuronas individuales estabilizan
las representaciones espaciales durante los periodos de descanso», afirma
Kemere, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática y de
bioingeniería en Rice.
EL MOTIVO POR EL QUE SOÑAMOS
El sueño es
fundamental para la memoria y el aprendizaje. La ciencia ha cuantificado esta
antigua intuición midiendo el rendimiento en pruebas de memoria después de una
siesta frente a después de un periodo de vigilia o incluso de privación de
sueño.
Hace un par de
décadas, los científicos también descubrieron que las neuronas del cerebro de
animales dormidos a los que se había permitido explorar un nuevo escenario
justo antes de descansar se disparaban de forma que reproducían las
trayectorias de los animales durante la exploración. Este hallazgo concordaba
con el conocimiento de que el sueño ayuda a que las nuevas experiencias
cristalicen en recuerdos estables, lo que sugiere que las representaciones
espaciales de muchas de estas neuronas especializadas del hipocampo son
estables durante el sueño. Sin embargo, los investigadores querían saber si
había algo más.
«Imaginábamos
que algunas neuronas podrían cambiar sus representaciones ⎯ reflejando la experiencia que todos hemos tenido de
despertarnos con una nueva comprensión de un problema», dijo Kemere.
«Demostrar esto, sin embargo, requería que rastreáramos cómo las neuronas
individuales logran la sintonización espacial, es decir, el proceso por el cual
el cerebro aprende a navegar por una nueva ruta o entorno».
Los
investigadores entrenaron a ratas para que corrieran de un lado a otro de una
pista elevada con una recompensa líquida en cada extremo y observaron cómo las
neuronas individuales del hipocampo de los animales hacían «picos» en el
proceso. Calculando la tasa media de espigas a lo largo de muchas vueltas, los
investigadores pudieron estimar el campo de posición de las neuronas, es decir,
el área del entorno que más «importaba» a una neurona determinada.
«Lo más
importante es que los campos de posición se calculan a partir del
comportamiento del animal», explica Kemere, que subraya la dificultad de
evaluar qué ocurre con los campos de posición durante los periodos de descanso,
cuando el animal no se mueve físicamente por el laberinto.
«Llevo mucho
tiempo pensando cómo podemos evaluar las preferencias de las neuronas fuera del
laberinto, por ejemplo durante el sueño», dijo Diba. «Abordamos este reto
relacionando la actividad de cada neurona individual con la actividad de todas
las demás neuronas».
Esta fue la
innovación clave del estudio: Los investigadores desarrollaron un método
estadístico de aprendizaje automático que utilizaba las demás neuronas
estudiadas para trazar una estimación de dónde soñaba estar el animal. A
continuación, utilizaron esas posiciones soñadas para estimar el proceso de
sintonización espacial de cada neurona en sus conjuntos de datos.
«La capacidad
de rastrear las preferencias de las neuronas incluso sin un estímulo fue un
avance importante para nosotros», afirma Diba.
Tanto Diba
como Kemere elogiaron a Kourosh Maboudi, investigador postdoctoral en Michigan
y autor principal del estudio, por su papel en el desarrollo del método de
sintonización aprendida.
LAS PREDICCIONES DEL FUTURO DURANTE LOS SUEÑOS SON REALES PARA NOSOTROS
El método
confirmó que las representaciones espaciales que se forman durante la
experiencia de un nuevo entorno son, para la mayoría de las neuronas, estables
a lo largo de varias horas de sueño tras la experiencia. Pero, como los
investigadores habían previsto, la historia iba más allá.
«Lo que más me
gustó de esta investigación y la razón por la que me entusiasmó tanto fue
descubrir que no se trata necesariamente de que durante el sueño lo único que
hagan estas neuronas sea estabilizar un recuerdo de la experiencia», explica
Kemere. «Resulta que algunas neuronas acaban haciendo algo más.
«Podemos ver
estos otros cambios que se producen durante el sueño, y cuando volvemos a poner
a los animales en el entorno por segunda vez, podemos validar que estos cambios
realmente reflejan algo que se aprendió mientras los animales estaban dormidos.
Es como si la segunda exposición al espacio ocurriera realmente mientras el
animal duerme».
Esto es
significativo porque constituye una observación directa de la neuroplasticidad
mientras está ocurriendo durante el sueño. Kemere subrayó que casi todas las
investigaciones sobre plasticidad ⎯que examinan los mecanismos que permiten a las neuronas recablearse y
formar nuevas representaciones⎯ analizan lo
que ocurre durante los periodos de vigilia, a medida que se presentan los
estímulos, y no durante el sueño, cuando los estímulos pertinentes están
ausentes.
«Parece que la
plasticidad o el recableado en el cerebro requieren escalas de tiempo realmente
rápidas», dijo Diba, señalando la fascinante relación entre la duración de la
experiencia real, «que puede ocupar el lapso de segundos, minutos, pero también
horas o días», y los recuerdos reales, «que están súper comprimidos».
«Si recuerdas
algo, el recuerdo ⎯ es instantáneo», dijo Diba,
haciendo referencia a un famoso pasaje literario del escritor modernista
francés Marcel Proust en el que un recuerdo de la infancia desenrolla todo un
mundo perdido de experiencias pasadas en apenas un instante.
El estudio es
un ejemplo de los avances de la neurociencia en las últimas décadas gracias al
progreso tecnológico en el diseño de sondas neuronales estables y de alta
resolución y a la capacidad de cálculo basada en el aprendizaje automático.
A la luz de
estos avances, Kemere afirmó que la ciencia del cerebro está preparada para
realizar progresos significativos en el futuro, al tiempo que expresó su
preocupación por el impacto de los recientes recortes presupuestarios en la
investigación continuada.
«Es muy
posible que si empezáramos a trabajar hoy, no hubiéramos podido hacer estos
experimentos y obtener estos resultados», dijo Kemere. «Sin duda estamos
agradecidos de que se diera la oportunidad».
