MADRID, 25 Oct. (EUROPA PRESS) -
Utilizando un modelo de red neuronal, los investigadores han descubrieron que, a medida que el cerebro se mueve entre los ciclos de sueño REM y de ondas lentas, el hipocampo le enseña al neocórtex lo que aprendió, en un proceso que parece convertir datos nuevos y fugaces en recuerdos duraderos, según publican en la revista 'Proceedings of the National Academy of Sciences'.
La neurocientífica de la Universidad de Pensilvania (Estados Unidos Anna Schapiro, una de las autoras de la investigación, recuerda que "hace tiempo que sabemos que el aprendizaje útil se produce durante el sueño. Codificas nuevas experiencias mientras estás despierto, te vas a dormir y cuando te despiertas tu memoria se ha transformado de alguna manera", explica.
Schapiro, junto con la estudiante de doctorado de Penn Dhairyya Singh y Kenneth Norman, de la Universidad de Princeton, demuestran que a medida que el cerebro recorre los ciclos de sueño de ondas lentas y de movimientos oculares rápidos (REM), lo que ocurre unas cinco veces por noche, el hipocampo enseña al neocórtex lo que ha aprendido, transformando la información novedosa y fugaz en memoria duradera.
"No se trata sólo de un modelo de aprendizaje en circuitos locales del cerebro. Se trata de cómo una región del cerebro puede enseñar a otra región del cerebro durante el sueño, un momento en el que no hay orientación del mundo exterior --señala Schapiro, profesor adjunto del Departamento de Psicología de Penn--. También es una propuesta de cómo aprendemos con gracia a lo largo del tiempo a medida que cambia nuestro entorno".
En términos generales, Schapiro estudia el aprendizaje y la memoria en los seres humanos, concretamente cómo las personas adquieren y consolidan la nueva información. Hace tiempo que piensa que el sueño desempeña un papel en este sentido, algo que ella y su equipo han estado probando en el laboratorio, registrando lo que ocurre en el cerebro mientras los participantes duermen.
Su equipo también construye modelos de redes neuronales para simular las funciones de aprendizaje y memoria. Para este trabajo en concreto, Schapiro y sus colegas construyeron un modelo de red neuronal compuesto por un hipocampo, el centro cerebral de los nuevos recuerdos, encargado de aprender la información episódica del día a día, y el neocórtex, responsable de facetas como el lenguaje, la cognición de alto nivel y el almacenamiento de la memoria más permanente. Durante el sueño simulado, los investigadores pueden observar y registrar qué neuronas simuladas se disparan en estas dos áreas, para luego analizar esos patrones de actividad.
El equipo realizó varias simulaciones de sueño utilizando un algoritmo de aprendizaje inspirado en el cerebro que ellos mismos construyeron. Las simulaciones revelaron que, durante el sueño de ondas lentas, el cerebro revisa sobre todo los incidentes y datos recientes, guiado por el hipocampo, y durante el sueño REM, repite sobre todo lo que ocurrió anteriormente, guiado por el almacenamiento de memoria en las regiones neocorticales.
"Como las dos regiones del cerebro se conectan durante el sueño no REM, es cuando el hipocampo está realmente enseñando al neocórtex --apunta Singh, estudiante de doctorado de segundo año en el laboratorio de Schapiro--. Luego, durante la fase REM, el neocórtex se reactiva y puede reproducir lo que ya sabe", solidificando los datos en la memoria a largo plazo.
La alternancia entre las dos fases del sueño también es importante, dice. "Cuando el neocórtex no tiene la oportunidad de reproducir su propia información, vemos que la información se sobrescribe --asegura--. Creemos que es necesario alternar el sueño REM y el no REM para que se produzca una sólida formación de la memoria".
Los resultados son coherentes con lo que se sabe en este campo, aunque algunos aspectos del modelo son todavía teóricos. "Todavía tenemos que probarlo --afirma Schapiro--. Uno de nuestros próximos pasos será realizar experimentos para entender si el sueño REM realmente trae a colación viejos recuerdos y qué implicaciones podría tener eso para integrar la nueva información en el conocimiento existente".
Dado que las simulaciones actuales se basan en un adulto típico que duerme una noche saludable, no son necesariamente transferibles a otros tipos de adultos o a hábitos de sueño menos estelares. Tampoco ofrecen una visión de lo que ocurre con los niños, que necesitan cantidades y tipos de sueño diferentes a los de los adultos. Schapiro apunta que ve un gran potencial para que su modelo responda a algunas de estas preguntas pendientes. "Disponer de una herramienta como ésta permite ir en muchas direcciones, sobre todo porque la arquitectura del sueño cambia a lo largo de la vida y en varios trastornos, y podemos simular estos cambios en el modelo", añade.
A largo plazo, entender mejor el papel de las etapas del sueño en la memoria podría ayudar a informar sobre los tratamientos para los trastornos psiquiátricos y neurológicos en los que el déficit de sueño es un síntoma. Singh afirma que también podría haber implicaciones para el aprendizaje profundo y la inteligencia artificial. "Nuestro algoritmo de inspiración biológica podría proporcionar nuevas direcciones para un procesamiento de la memoria fuera de línea más potente en los sistemas de IA", dice. Este trabajo de prueba de concepto que conecta el sueño y la formación de la memoria acerca el campo a estos objetivos.
