resumen: Los investigadores han descubierto que algunas neuronas no sólo reproducen experiencias pasadas sino que también anticipan eventos futuros durante el sueño.

Al estudiar la actividad del hipocampo en ratones, descubrieron que las neuronas estabilizan las representaciones espaciales y se preparan para tareas futuras. Este innovador estudio revela el papel del sueño en la neuroplasticidad y la mejora de la memoria.

Hechos clave:

1. Las neuronas del hipocampo anticipan experiencias futuras durante el sueño.
2. Las ondas agudas en el cerebro ayudan a mejorar la memoria y la representación espacial.
3. El estudio utiliza aprendizaje automático avanzado para rastrear la actividad neuronal y predecir el comportamiento.

fuente: Universidad de arroz

De hecho, 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 y experimentan el futuro.

El hallazgo forma parte de una serie de ideas proporcionadas por un estudio sobre el sueño y el aprendizaje publicado en 2018. naturaleza Por un equipo de investigadores de la Universidad Rice y la Universidad de Michigan.

La investigación proporciona información sin precedentes sobre cómo las neuronas individuales en el hipocampo de ratones estabilizan y ajustan las representaciones espaciales durante los períodos de descanso después de que los animales recorren un laberinto por primera vez.

«Algunas neuronas se activan en respuesta a estímulos específicos», dijo Kamran Diba, profesor asistente de anestesiología en la Universidad de Michigan y autor correspondiente del estudio. “Las neuronas de la corteza visual se activan cuando se les presenta el estímulo visual apropiado. Las neuronas que estudiamos muestran preferencias de lugar.

Con colaboradores del Laboratorio de Memoria y Circuitos Neurales de Michigan dirigido por Deba, el neurocientífico Caleb Kemmerer de Rice ha estudiado el proceso mediante el cual estas neuronas especializadas producen una representación del mundo después de una nueva experiencia.

Específicamente, los investigadores rastrearon picos, un patrón de activación neuronal que se sabe que desempeña un papel en la consolidación de nuevos recuerdos y, más recientemente, también demostró que identifica qué partes de una nueva experiencia deberían almacenarse como recuerdos.

«Por primera vez en este artículo, hemos observado cómo estas neuronas individuales estabilizan las representaciones espaciales durante los períodos de descanso», dijo Kimiri, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática y bioingeniería en la Universidad Rice.

El sueño es crucial para la memoria y el aprendizaje, y la ciencia ha medido esta intuición de larga data midiendo el desempeño en pruebas de memoria después de una siesta en lugar de después de un período de estar despierto o incluso privado de sueño.

Hace dos décadas, los científicos también descubrieron que las neuronas en el cerebro de los animales dormidos, a los que se les permitió explorar un nuevo entorno justo antes de descansar, se activaban de manera que invertían las trayectorias de los animales durante la exploración.

Este hallazgo es consistente con el conocimiento de que el sueño ayuda a que nuevas experiencias cristalicen en recuerdos estables, lo que sugiere que la representación espacial de muchas de estas neuronas especializadas del hipocampo es estable durante el sueño. Sin embargo, los investigadores querían saber si había más en la historia.

«Imaginamos que algunas neuronas podrían cambiar su representación, reflejando la experiencia que todos tuvimos de despertarnos con una nueva comprensión de un problema», dijo Kemmer. «Sin embargo, para demostrar esto es necesario rastrear cómo las neuronas individuales logran un ajuste espacial, es decir, el proceso mediante el cual el cerebro aprende a navegar por una nueva ruta o entorno».

Los investigadores entrenaron ratones para que corrieran de un lado a otro en una pista elevada con una recompensa líquida en ambos extremos, y observaron cómo las neuronas individuales en el hipocampo de los animales «picoteaban» en el proceso. Al promediar la tasa de picos durante muchos ciclos de ida y vuelta, los investigadores pudieron estimar el campo de ubicación de una neurona, o la región del entorno que más «interesaba» a una neurona en particular.

«El punto crucial aquí es que los campos de lugar se estiman utilizando el comportamiento del animal», dijo Kimery, destacando el desafío de evaluar qué sucede con los campos de lugar durante los períodos de descanso cuando el animal no se mueve físicamente a través del laberinto.

«He estado pensando durante mucho tiempo en cómo se pueden evaluar las preferencias de las neuronas fuera del laberinto, por ejemplo durante el sueño», dijo Diba. «Abordamos este desafío relacionando la actividad de cada neurona individual con la actividad de todas las demás neuronas».

Esta fue la principal innovación del estudio: los investigadores desarrollaron un enfoque estadístico de aprendizaje automático que utiliza otras neuronas estudiadas para calcular dónde sueña estar el animal. Luego utilizaron esas posiciones imaginadas para estimar la sintonización espacial de cada neurona en sus conjuntos de datos.

«Poder rastrear las preferencias neuronales incluso sin estímulo fue un avance importante para nosotros», dijo Diba.

Tanto Diba como Kemer elogiaron a Kourosh Mabudi, investigador postdoctoral en Michigan y autor principal del estudio, por su papel en el desarrollo del enfoque de control aprendido.

El método confirmó que, para la mayoría de las neuronas, las representaciones espaciales formadas durante la experiencia de un nuevo entorno son estables durante varias horas de sueño después de la experiencia. Pero como esperaban los investigadores, había más en la historia.

«Lo que más me gustó de esta investigación y la razón por la que me entusiasmó tanto fue el descubrimiento de que lo único que hacen estas neuronas durante el sueño no tiene por qué ser consolidar el recuerdo de la experiencia», dijo Kimery. . “Resulta que algunas neuronas acaban haciendo otra cosa.

“Podemos ver estos otros cambios que ocurren durante el sueño, y cuando volvemos a colocar a los animales en el medio ambiente, podemos verificar que estos cambios en realidad reflejan algo que aprendieron mientras los animales dormían. Es como si fuera la segunda exposición al espacio. En realidad sucede mientras el animal duerme”.

Esto es importante porque es una observación directa de la neuroplasticidad tal como ocurre durante el sueño. Kimery enfatizó que casi todas las investigaciones sobre plasticidad (que estudian los mecanismos que permiten a las neuronas reconectarse y formar nuevas representaciones) analizan lo que sucede durante los períodos de vigilia cuando se presentan estímulos y no durante el sueño cuando los estímulos relevantes están ausentes.

«La plasticidad o el recableado en el cerebro parecen requerir escalas de tiempo realmente rápidas», dijo Diba, señalando la notable correlación entre la duración de la experiencia real, «que puede llevar segundos o minutos, pero también horas o días». Recuerdos reales, “que están muy comprimidos”.

“Si recuerdas algo, es memoria, es instantánea”, dijo Diba, refiriéndose a un famoso pasaje literario del modernista francés Marcel Proust, en el que un recuerdo de la infancia revela todo un mundo perdido de experiencias pasadas en tan solo un momento.

Este estudio es un ejemplo del progreso en neurociencia que se ha logrado en las últimas décadas a través de avances tecnológicos en el diseño de sensores neuronales estables y de alta resolución, así como a través del poder computacional respaldado por el aprendizaje automático.

A la luz de estos acontecimientos, Kimiri dijo que las ciencias del cerebro están preparadas para lograr importantes avances en el futuro, al tiempo que expresó preocupación por el impacto de los recientes recortes presupuestarios en la investigación en curso.

«Es muy probable que si hubiéramos comenzado este trabajo hoy, probablemente no hubiéramos podido realizar estos experimentos y obtener estos resultados», dijo Kimery. «Ciertamente estamos agradecidos de que la oportunidad estuviera ahí».

Financiación: La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud (R01NS115233, R01MH117964). El contenido de este comunicado de prensa es responsabilidad exclusiva de los autores y no representa necesariamente las opiniones oficiales de los Institutos Nacionales de Salud.

Sobre el sueño y las novedades en neurociencia

autor: Sylvia Cernea Clark
fuente: Universidad de arroz
comunicación: Sylvia Cernea Clark – Universidad Rice
imagen: Imagen acreditada a Neuroscience News.

Búsqueda original: Acceso cerrado.
«Restablecimiento de las representaciones del hipocampo durante el sueño.“Escrito por Kamran Diba et al. naturaleza

un resumen

Restablecimiento de las representaciones del hipocampo durante el sueño.

Las representaciones del hipocampo que subyacen a la memoria espacial experimentan una mejora continua después de su formación.

Aquí, para rastrear dinámicamente la sintonización espacial de las neuronas durante los estados fuera de línea, utilizamos un nuevo enfoque de aprendizaje bayesiano basado en la posición de decodificación promedio inducida por picos en grabaciones de conjuntos de ratones que se mueven libremente.

Al medir estas afinaciones, encontramos representaciones espaciales dentro de ondas agudas en el hipocampo que se mantenían estables durante horas durante el sueño y eran fuertemente consistentes con los campos de lugar observados inicialmente durante la exploración del laberinto.

Estas representaciones se explicaron por una combinación de factores que incluían estructuras preformadas antes de la exposición al laberinto y representaciones que surgieron durante oscilaciones θ y ondulaciones de ondas agudas mientras se estaba en el laberinto, lo que revela la contribución de estos eventos a la formación de grupos.

Sorprendentemente, las representaciones ondulantes durante el sueño predijeron los campos de ubicación futuros de las neuronas durante la reexposición al laberinto, incluso cuando esos campos se desviaron de las preferencias de lugar anteriores.

Por el contrario, observamos sintonizaciones mal alineadas en los campos del laberinto durante el sueño y el descanso antes de la exposición al laberinto y en etapas posteriores del sueño.

En resumen, el nuevo enfoque de decodificación nos permitió inferir y caracterizar la estabilidad y el restablecimiento de los campos de lugar durante los períodos fuera de línea, revelando la rápida aparición de representaciones después de una exploración novedosa y el papel del sueño en la dinámica de representación del hipocampo.