Demuestran cómo en el sueño se reviven las experiencias del día

Al dormir, el cerebro no está simplemente desconectado sino que está ocupado organizando nuevos recuerdos, y ahora, los científicos han vislumbrado el proceso, según publican en la revista Cell Reports.

Los investigadores han conseguido la primera evidencia directa de que los cerebros humanos reproducen experiencias de vigilia mientras duermen, visto en dos participantes con conjuntos de microelectrodos intracorticales colocados en sus cerebros como parte de un ensayo clínico piloto de interfaz cerebro-computadora.

Durante el sueño, el cerebro reproduce los patrones de activación neuronal experimentados mientras está despierto, también conocido como "reproducción fuera de línea".

Se cree que la reproducción subyace en la consolidación de la memoria, el proceso por el cual los recuerdos recientes adquieren más permanencia en su representación neural. Los científicos han observado previamente la reproducción en animales, pero el estudio dirigido por Jean-Baptiste Eichenlaub, del Hospital General de Massachusetts, y Beata Jarosiewicz, exprofesora asistente de investigación en BrainGate y ahora científica investigadora sénior en NeuroPace, probó que el fenómeno también ocurre en el cerebro humano.

El equipo les pidió a los dos participantes que se echaran una siesta antes y después de jugar un juego de copia de secuencia, que es similar al juego de los años 80 'Simon': el videojuego tenía cuatro paneles de colores que se iluminaban en diferentes secuencias para que los jugadores repitieran.

Pero en lugar de mover sus brazos, los participantes jugaron el juego con sus mentes, imaginando mover el cursor con sus manos a diferentes objetivos uno por uno, golpeando los colores correctos en el orden correcto lo más rápido posible.

Uso de electrodos para registros neuronales detallados en el cerebro humano

Mientras los participantes descansaban, jugaban el juego y volvían a descansar, los investigadores registraron la actividad de picos de grandes grupos de neuronas individuales en sus cerebros a través de una matriz de electrodos múltiples implantada.

"No hay muchos escenarios en los que una persona tenga una matriz de electrodos múltiples colocada en su cerebro, donde los electrodos son lo suficientemente pequeños como para detectar la actividad de activación de las neuronas individuales", dice Jarosiewicz.

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"Es la primera evidencia directa de que en los humanos vemos repetición durante el descanso después del aprendizaje"

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Los electrodos aprobados para indicaciones médicas, como aquellos para tratar la enfermedad de Parkinson o la epilepsia, son demasiado grandes para rastrear la actividad de las neuronas individuales. Pero los conjuntos de electrodos utilizados en los ensayos clínicos piloto BrainGate son los primeros en permitir registros neuronales tan detallados en el cerebro humano. "Es por eso que este estudio no tiene precedentes", destaca.

BrainGate es un consorcio de investigación académica que abarca la Universidad de Brown, el Hospital General de Massachusetts, la Universidad Case Western Reserve y la Universidad de Stanford.

Los investigadores de BrainGate están trabajando para desarrollar interfaces cerebro-computadora implantadas de forma crónica para ayudar a las personas con discapacidades motoras severas a recuperar la comunicación y el control mediante el uso de sus señales cerebrales para mover los cursores de la computadora, los brazos robóticos y otros dispositivos de asistencia.

Observan los mismos patrones 

En este estudio, el equipo observó los mismos patrones de activación neuronal durante el período de juego y el período de descanso posterior al juego. En otras palabras, es como si los participantes siguieran jugando al juego de Simon después de estar dormidos, reproduciendo los mismos patrones en su cerebro a un nivel neuronal. Los hallazgos proporcionaron evidencia directa de la repetición relacionada con el aprendizaje en el cerebro humano.

"Esta es la primera evidencia directa de que en los humanos también vemos repetición durante el descanso después del aprendizaje que podría ayudar a consolidar esos recuerdos -explica Jarosiewicz-. Todos los mecanismos de consolidación de la memoria relacionados con la reproducción que hemos estudiado en animales durante todas estas décadas también podrían generalizarse a los humanos".

Los hallazgos también abren más preguntas y futuros temas de estudio para comprender el mecanismo subyacente por el cual la reproducción permite la consolidación de la memoria. El siguiente paso es encontrar evidencia de que la repetición realmente tiene un papel causal en el proceso de consolidación de la memoria. Una forma de hacerlo sería probar si existe una relación entre la fuerza de la repetición y la fuerza del recuerdo de la memoria post-siesta.

Aunque los científicos no entienden completamente cómo funcionan el aprendizaje y la consolidación de la memoria, una cascada de estudios en animales y humanos ha demostrado que el sueño juega un papel vital. "Dormir bien antes de una prueba y antes de entrevistas importantes es beneficioso para un buen rendimiento cognitivo -asegura Jarosiewicz-. Tenemos buena evidencia científica de que dormir es muy importante en estos procesos".