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Las neuronas resumen los patrones de activación útiles durante el sueño profundo
Por Devika G. Bansal
Los beneficios de una buena noche de sueño se han vuelto ampliamente conocidos, y ahora los neurocientíficos de UC San Francisco han descubierto que el cerebro animal refuerza las habilidades motoras durante el sueño profundo.
Durante el sueño no REM, las ondas cerebrales lentas refuerzan los puntos de contacto neuronales que están directamente relacionados con una tarea que se aprendió recientemente mientras estaba despierto, al tiempo que debilitan los enlaces neuronales que no lo están, encontraron los investigadores.
“Este fenómeno puede estar relacionado con la noción de ‘extraer la esencia’ de cómo realizar una tarea novedosa”, dijo Karunesh Ganguly , MD, PhD, profesor asociado de neurología. “El sueño parece reducir la actividad neuronal que no está relacionada con una tarea que estamos aprendiendo”.
Tener un mejor manejo de la mecánica de cómo el sueño afecta el aprendizaje podría conducir a nuevos dispositivos de estimulación médica y dispositivos portátiles dirigidos por el consumidor, o “electrocéuticos”, que estimulan las células cerebrales y mejoran el aprendizaje mientras dormitamos. Los dispositivos de algunas startups van en esa dirección, pero hasta ahora están diseñados para estimular el cerebro mientras estamos despiertos.
Control Mental
El equipo de Ganguly usó un sistema conocido como interfaz cerebro-máquina (BMI, por sus siglas en inglés) para comprender mejor cómo el cerebro adquiere nuevas habilidades durante el sueño.
Los investigadores implantaron electrodos en la región motora del cerebro de ratas para enviar señales eléctricas a una computadora, que luego impulsó el movimiento de un dispositivo mecánico separado. Debido a que los circuitos neuronales son dinámicos, los cerebros de las ratas se reconfiguraron para controlar este dispositivo tan rápido como lo hubieran hecho si las ratas estuvieran practicando nuevas formas de controlar sus propias extremidades.
“La gente piensa en los IMC o las neuroprótesis como una forma de que los discapacitados vuelvan a caminar o controlen los brazos robóticos”, dijo Tanuj Gulati , PhD, investigador postdoctoral y autor principal del nuevo estudio. “Si bien ese es el objetivo final, también los estamos utilizando para comprender el proceso de aprendizaje en el cerebro”.
Mediante el uso de tales dispositivos, los experimentadores pueden crear nuevas relaciones causales entre una neurona y cualquier resultado deseado.
“Una neurona en particular normalmente puede dedicarse a controlar una extremidad, pero podemos crear una nueva relación de esa neurona con un dispositivo externo incorpóreo”, dijo Gulati.
La neurona redirigida, en este caso, contribuirá rápidamente a controlar el dispositivo externo, y luego los investigadores pueden rastrear la actividad de esta neurona para ver cómo el cerebro integra esta nueva asociación.
Como se informó en un artículo publicado en Nature Neuroscience , Gulati y sus colegas conectaron neuronas en cerebros de ratas a electrodos implantados, que controlaban una tromba marina mecánica. La fuente de agua estaba detrás de una puerta diminuta de espaldas a los ratones.
Debido a que el pico miraba hacia afuera, las ratas tuvieron que aprender a usar un mecanismo controlado por computadora para moverlo hacia ellas. Mientras las ratas exploraban varias estrategias para controlar el chorro, algunas de las cuales incluían movimientos abiertos, a veces activaban neuronas adyacentes a los electrodos. Cuando se activaron las neuronas adecuadas, la computadora movió la tromba.
“Eventualmente, las ratas aprenden a desvincular los movimientos reales del chorro; saben que realmente no necesitan encoger el brazo ni hacer nada para que se mueva”, dijo Gulati. “Todo lo que tienen que hacer es controlar voluntariamente la tubería y les llegará”.
Cableado De Pulidos Para Dormir
Al monitorear los cerebros de las ratas mientras completaban este proceso de aprendizaje, el equipo pudo explorar si el sueño jugó algún papel para ayudar a establecer las conexiones neuronales recién forjadas de las ratas.
“Vimos que una vez que las ratas dominaban la tarea mientras estaban despiertas, ciertos patrones neuronales seguían ‘reproduciéndose’ durante el sueño”, dijo Gulati.
Estos mismos patrones persistieron después de que las ratas se despertaron, lo que con el tiempo condujo a mejoras en el desempeño de las ratas en la tarea. Lo que es más, la actividad neuronal que no era necesaria para obtener la recompensa de la tromba marina se había marchitado cuando las ratas se volvieron a probar en la tarea después de dormir.
Está bien establecido que el sueño es importante para el mantenimiento metabólico básico y el procesamiento de la memoria, pero la mayoría de estos estudios han involucrado la privación del sueño. Si bien eliminar el sueño por completo afecta la memoria, también provoca una gran cantidad de cambios fisiológicos (aumentos en la hormona del estrés cortisol, por ejemplo, o en la ansiedad), todo lo cual podría contribuir a degradar la memoria.
Para sortear esa complicación, el equipo de la UCSF usó una intervención sutil para revelar la contribución del sueño al aprendizaje exitoso. Usando optogenética, una herramienta que usa la luz para encender o apagar las neuronas, los científicos pudieron suprimir la actividad neuronal en una pequeña región del cerebro mientras las ratas dormían profundamente. Debido a que las manipulaciones optogenéticas están dirigidas con precisión, no hubo cambios en la estructura o la cantidad de sueño, solo un ajuste relativamente pequeño en los patrones de activación de las células cerebrales objetivo.
Estos experimentos demostraron que la alteración sutil del disparo neuronal durante el sueño interrumpía cálculos cruciales y eliminaba la ventaja de aprendizaje observada anteriormente.
Los hallazgos confirman que los patrones neuronales verdaderamente relevantes para la tarea se revisan durante el sueño, lo que les permite sobrevivir después del sueño para mejorar el rendimiento motor. En particular, esta es la primera evidencia que muestra que la reactivación y el cambio de escala neuronal (fortalecimiento y debilitamiento) ocurren juntos durante el sueño profundo.
“Este estudio muestra que no se puede ignorar el sueño”, dijo Gulati, “ya sea que esté tratando de hacerlo en pacientes que intentan recuperar el control del movimiento después de una lesión neural, o en personas sanas que intentan aprender una nueva habilidad”.
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Dr. Martin Passen, a dedicated nutrition educator with a master’s in nutrition education and nearing completion of a clinical nutrition and dietetics master’s. Passionate about sharing valuable information effectively.
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