El cerebro ensaya los recuerdos mientras dormimos

Los científicos han descubierto en ratas unas cadenas de ondas eléctricas rápidas hasta ahora desconocidas, que aparecen durante el sueño REM —la fase del sueño con movimientos oculares rápidos, normalmente asociada a los sueños—. El estudio, publicado en la revista eLife, muestra que en este periodo el cerebro puede reproducir recuerdos de una forma distinta a la del sueño profundo: de manera más selectiva y secuencial.

La consolidación de la memoria consiste en transformar la experiencia reciente en recuerdos duraderos. En ella participan el hipocampo y la corteza prefrontal. El hipocampo, situado en una zona profunda del cerebro y con forma de caballito de mar, registra primero los acontecimientos nuevos. La corteza prefrontal, en la parte frontal del cerebro, interviene en el pensamiento complejo y el almacenamiento de información a largo plazo.

Ya se sabía que durante el sueño profundo NREM el hipocampo y la corteza intercambian señales mediante ondas agudas y rápidas, llamadas ripples. Sin embargo, el papel del sueño REM en este diálogo no estaba claro. Estudios anteriores indicaban que los ripples hipocampales pueden marcar el ritmo de la corteza y poner en marcha la reproducción de recuerdos, mientras que las ondas rápidas de la corteza prefrontal, por el contrario, pueden inhibir la actividad del hipocampo. También se sabía que el sueño REM modifica la excitabilidad de las neuronas hipocampales.

El equipo de Justin D. Shin y Shantanu P. Jadhav estudió la cuestión con 10 ratas adultas. Los animales aprendieron a recorrer un laberinto en forma de W, donde recibían una recompensa por orientarse correctamente. Durante el aprendizaje y el sueño posterior, los investigadores registraron continuamente la actividad cerebral.

Implantaron quirúrgicamente tetrodos —grupos de microelectrodos capaces de registrar a la vez los ritmos eléctricos generales y la actividad de neuronas individuales— en la corteza prefrontal y en la región CA1 del hipocampo. A partir de la proporción entre las frecuencias de las ondas cerebrales, determinaron si las ratas estaban en sueño NREM o REM.

Durante el sueño NREM aparecían breves ráfagas rápidas en la corteza prefrontal, acompañadas de una actividad neuronal sincronizada y de gran alcance. En el sueño REM, los investigadores encontraron fenómenos similares y los llamaron oscilaciones de alta frecuencia, o HFO. Pero, a diferencia de las ráfagas aisladas del NREM, las HFO del REM solían agruparse en cadenas repetitivas. Aparecían aproximadamente cada 130 milisegundos, con una periodicidad coincidente con el ritmo theta, especialmente activo durante el sueño REM.

La actividad de las neuronas en esas cadenas estaba organizada de otra manera. En vez de la potente descarga colectiva propia del NREM, la actividad de fondo de la corteza prefrontal disminuía. Sobre ese «fondo silencioso», pequeños grupos de neuronas se activaban en una secuencia dispersa. Esto apunta a que durante el REM el cerebro puede reproducir recuerdos de forma más precisa, gradual y selectiva.

Según Jadhav, la reactivación durante el REM era dispersa, implicaba pequeños grupos de neuronas y duraba alrededor de un segundo. En el sueño NREM, la reproducción de recuerdos se producía en ráfagas mucho más breves, de unos 100 milisegundos.

Durante las HFO del REM aumentaba la sincronización theta entre la corteza prefrontal y el hipocampo. Las cadenas también activaban un grupo concreto de neuronas hipocampales. Cabe destacar que eran precisamente esas neuronas las que más inhibían los ripples prefrontales durante el sueño NREM. A lo largo del sueño, su frecuencia de actividad basal aumentaba gradualmente. Esto indica que las fases NREM y REM podrían reajustar por turnos la excitabilidad de los circuitos de la memoria.

Los investigadores crearon un modelo informático para entender el posible mecanismo. Se centraron en la acetilcolina, un neurotransmisor abundante durante el sueño REM y casi ausente durante el NREM. Con niveles bajos de acetilcolina, una señal pequeña provocaba en el modelo una amplia explosión de actividad. Con niveles altos, la red se volvía más contenida: la señal se propagaba de forma limitada y generaba impulsos secuenciales dispersos, parecidos a las HFO reales del REM.

Sin embargo, el estudio aún no demuestra que los fenómenos detectados mejoren directamente la memoria. Los científicos no relacionaron la reactivación durante el REM con los resultados de las ratas en el laberinto. Además, no pudieron distinguir con precisión las fases tónica y fásica del sueño REM, porque no registraron los movimientos oculares. Las observaciones duraron varias horas, no un día entero, por lo que los cambios diarios quedaron fuera del estudio.

Los autores planean comprobar si la reactivación durante el REM es necesaria para consolidar la memoria y averiguar cómo se complementan exactamente el REM y el NREM. Otra línea de trabajo consiste en estudiar los neurotransmisores que configuran estos modos tan distintos de actividad cerebral. El artículo «Las cadenas de oscilaciones prefrontales de alta frecuencia durante el sueño REM median patrones de reactivación cortical e hipocampal distintos de los del sueño NREM» está firmado por Justin D. Shin, Michael Satchell, Paul Miller y Shantanu P. Jadhav.