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El sueño es esencial para adaptarse a nuevos lugares de vacaciones
El sueño ayuda a los ratones a desarrollar mapas mentales coherentes de lugares, conectando débilmente las neuronas espaciales con las células de lugar para una navegación mejorada.
En el primer día de tus vacaciones en una nueva ciudad, tus excursiones te llevan a varios lugares únicos. Mientras que los recuerdos de estos lugares (como un hermoso jardín en una calle tranquila) son instantáneamente memorables, puede tomar días antes de que tengas suficiente intuición sobre la ciudad para enviar a un visitante más nuevo a un lugar similar, y luego tal vez al café que descubriste cercano. Una nueva investigación en ratones realizada por neurocientíficos del MIT en el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria ofrece nuevas pruebas sobre cómo el cerebro crea mapas cognitivos coherentes de áreas completas, destacando el importante papel del sueño en el proceso.
Durante décadas, los científicos han sabido que el cerebro utiliza neuronas en una región conocida como el hipocampo para recordar lugares específicos. Cuando un animal está en el área que una neurona está programada para recordar, las llamadas “células de lugar” se activan consistentemente. Más valioso que tener marcadores para áreas individuales es tener una imagen mental de cómo todas encajan juntas en una geografía general continua. Aunque tales “mapas cognitivos” fueron postulados inicialmente en 1948, los neurocientíficos aún desconocen cómo el cerebro los crea. Según un nuevo estudio publicado en Cell Reports en diciembre, la capacidad puede depender de cambios sutiles pero significativos en la actividad de células débilmente sintonizadas con ubicaciones individuales pero que mejoran la robustez y refinamiento de la codificación del hipocampo de todo el espacio con el tiempo. Los estudios del estudio muestran que durante el sueño, estas células “débilmente espaciales” mejoran la actividad de la red neuronal en el hipocampo, conectando diversas ubicaciones en un mapa cognitivo.
“El primer día, el cerebro no representa muy bien el espacio”, explica el autor principal Wei Guo, un científico de investigación en el laboratorio del autor principal Matthew Wilson, profesor de Sherman Fairchild en el Instituto Picower y en los departamentos de Biología y Ciencias Cerebrales y Cognitivas del MIT. “Las neuronas representan lugares individuales, pero no crean un mapa. Pero el quinto día, crean un mapa. Para crear un mapa, todas estas neuronas deben funcionar juntas en un conjunto coordinado”.
Los ratones mapean laberintos.
Para realizar el estudio, Guo y Wilson, junto con los compañeros de laboratorio Jie “Jack” Zhang y Jonathan Newman, expusieron a los ratones a laberintos básicos de varios diseños y les permitieron explorarlos libremente durante unos 30 minutos al día durante muchos días. Es importante destacar que no se ofrecieron recompensas especiales a los ratones para animarlos a aprender algo. Simplemente vagaban. Investigaciones anteriores han demostrado que los ratones mostraban naturalmente “aprendizaje latente” de áreas después de varios días de tales experiencias sin recompensa.
Para comprender mejor cómo ocurre el aprendizaje latente, Guo y sus colegas observaron visualmente cientos de neuronas en la sección CA1 del hipocampo al programar las células para que parpadearan cuando se acumularan iones de calcio, volviéndolas eléctricamente activas. Registraron los destellos de las neuronas tanto mientras los ratones estaban investigando activamente como cuando estaban dormidos. El laboratorio de Wilson descubrió que los animales “reproducen” sus aventuras anteriores mientras duermen, mejorando así sus memorias al soñar con sus experiencias.
El análisis de las grabaciones reveló que la actividad de las células de lugar comenzó de inmediato y se mantuvo robusta y consistente a lo largo de varios días de investigación. Sin embargo, esta actividad por sí sola no puede explicar cómo el aprendizaje latente o un mapa cognitivo crece durante varios días. A diferencia de muchas otras investigaciones, que se centran principalmente en la actividad fuerte y evidente de las células de lugar, el estudio de Guo incluyó la actividad más sutil y enigmática de las células que no estaban tan firmemente orientadas espacialmente.
Usando un nuevo enfoque conocido como “aprendizaje de variedades”, descubrió que muchas de las células “débilmente espaciales” conectaban progresivamente su actividad con los patrones de actividad entre otras neuronas en la red, en lugar de ubicaciones. Los hallazgos de Guo revelaron que la red registró un mapa cognitivo del laberinto que se asemejaba más al área física real.
“Aunque no responden a ubicaciones específicas como las células fuertemente espaciales, las células débilmente espaciales se especializan en responder a ‘ubicaciones mentales’, es decir, patrones de disparo en conjunto específicos de otras células”, dijeron los autores del estudio. “Si el campo mental de una célula débilmente espacial abarca dos subconjuntos de células espaciales fuertes que codifican ubicaciones distintas, esta célula débilmente espacial puede servir como un puente entre estas ubicaciones”.
La necesidad de dormir
El grupo de Wilson y muchos otros han descubierto que la actividad cerebral durante el sueño y el descanso, como la reproducción, consolida, refina y procesa recuerdos. Por lo tanto, el equipo de Guo y Wilson se propusieron determinar si el sueño era necesario para que las células débilmente espaciales contribuyeran al aprendizaje latente de mapas cognitivos.
Para hacer esto, los científicos permitieron que algunos ratones exploraran un laberinto nuevo dos veces en el mismo día, con un descanso de tres horas entre medias. Algunos de los ratones se les permitió dormir, mientras que a otros no. Aquellos que lo hicieron exhibieron un considerable refinamiento de su mapa mental, pero aquellos a quienes no se les permitió dormir mostraron poca mejoría. No solo mejoró la codificación de la red del mapa, sino que las mediciones de la sintonización de las células individuales revelaron que el sueño ayudó a que las células se sintonizaran más tanto a lugares como a patrones de actividad de red, a menudo conocidos como “lugares mentales” o “campos”.
Significado del mapa mental
Según Guo, los “mapas cognitivos” almacenas por los ratones durante varios días no eran planos literales y precisos de los laberintos. En su lugar, se parecían más a esquemas. Su importancia radica en que proporcionan al cerebro una topología que puede ser examinada cognitivamente en lugar de en el espacio real. Por ejemplo, una vez que has creado un mapa mental del vecindario que rodea tu hotel, puedes planificar la excursión de la mañana siguiente.
De hecho, Wilson teorizó que la actividad de las células débilmente espaciales podría superponer información no espacial significativa, agregando significado a los mapas. Sin embargo, el estudio no incluyó puntos de referencia en los laberintos y no examinó los comportamientos únicos de los ratones. Sin embargo, dado que el estudio ha descubierto que estas células débilmente espaciales desempeñan un papel importante en el mapeo, Wilson dice que las investigaciones futuras pueden examinar qué tipo de información están absorbiento en la comprensión de los animales de su entorno. Parece que percibimos naturalmente los lugares en los que vivimos como algo más que simples colecciones de ubicaciones distintas.
“En este estudio nos centramos en animales que se comportan de forma natural y demostramos que durante el comportamiento exploratorio libre y el sueño subsecuente, en ausencia de refuerzo, todavía ocurren cambios plásticos neuronales sustanciales a nivel del conjunto”, dijeron los autores del artículo. “Este tipo de aprendizaje implícito y no supervisado constituye un aspecto crucial del aprendizaje y la inteligencia humanos, lo que justifica investigaciones más profundas”.
En conclusión, el sueño desempeña un papel vital en la formación de mapas cognitivos coherentes en el cerebro, lo que nos ayuda a adaptarnos y aprender sobre nuevos lugares, ya sea en vacaciones o en cualquier entorno desconocido. A medida que continuamos investigando y comprendiendo mejor estos procesos cerebrales, podemos aplicar este conocimiento para mejorar nuestra propia capacidad de navegación, memoria y adaptación en entornos complejos y cambiantes. El sueño no solo nos revitaliza físicamente, sino que también desempeña un papel fundamental en nuestra capacidad de aprender y recordar, lo que nos lleva a una mejor comprensión y apreciación de nuestro entorno.
