Un equipo de neurocientíficos alemanes esclarece los procesos que subyacen a la formación de la memoria durante el sueño profundo. Las ondas eléctricas lentas -aseguran- tienen influencia en la fuerza de las conexiones sinápticas entre las neuronas del neocórtex y, por lo tanto, en su receptividad.
En el trabajo que difunde Nature Communications, los autores ofrecen una explicación mecanicista de cómo el acoplamiento de la actividad neuronal a las ondas lentas puede causar la consolidación sináptica, con posibles implicaciones para las estrategias de estimulación cerebral dirigidas al rendimiento de la memoria. Utilizaron tejido cerebral humano intacto.
Los autores de este estudio matizan que los mecanismos sinápticos que contribuyen a la consolidación de la memoria humana siguen siendo en gran parte inexplorados. “La consolidación -añaden- depende críticamente del sueño. Durante el sueño de ondas lentas, las neuronas exhiben oscilaciones características del potencial de membrana conocidas como estados UP y DOWN. El acoplamiento de la reactivación de la memoria a estas oscilaciones lentas promueve la consolidación, aunque los mecanismos subyacentes siguen siendo esquivos”.
En su trabajo realizaron registros de fijación de parches axónicos y multineuronales en cortes cerebrales humanos agudos, obtenidos de neurocirugías, para demostrar que los estados UP y DOWN similares al sueño modulan los potenciales de acción axónica y mejoran temporalmente la transmisión sináptica entre neuronas piramidales neocorticales.
La mejora sináptica por secuencias de estados UP y DOWN – destacan- facilita el reclutamiento de potenciales de acción postsinápticos que, a su vez, resulta en la estabilización a largo plazo de la fuerza sináptica. Por el contrario, las sinapsis sufren una depresión duradera si las neuronas presinápticas no logran reclutar potenciales de acción postsinápticos.
Recuerdan también que, desde hace cerca de 20 años, se sabe que las ondas eléctricas lentas y sincrónicas en el cerebro durante el sueño profundo favorecen la formación de recuerdos. Hasta ahora se desconocía por qué. Y creen que los hallazgos que describen en su estudio podrían ayudar a optimizar los enfoques terapéuticos que pretenden favorecer la formación de recuerdos desde el exterior.
Los expertos creen que, mientras dormimos, nuestro cerebro reproduce los acontecimientos del día, trasladando la información desde el lugar de la memoria a corto plazo, el hipocampo, hasta la memoria a largo plazo, ubicada en el neocórtex.
Las ondas lentas son especialmente claves para este proceso: oscilaciones lentas y sincrónicas de voltaje eléctrico en la corteza que ocurren durante la fase de sueño profundo. Se pueden medir mediante un electroencefalograma. Las ondas se originan cuando el voltaje eléctrico en muchas neuronas sube y baja simultáneamente una vez por segundo.
El profesor Jörg Geiger, coordinador del estudio, hace hincapié en que “sabemos desde hace muchos años que estas fluctuaciones de voltaje contribuyen a la formación de la memoria. Cuando el sueño de ondas lentas se aumenta artificialmente desde el exterior, la memoria mejora. Pero lo que no sabíamos hasta ahora era qué es lo que ocurre exactamente dentro del cerebro cuando esto ocurre, porque es extremadamente difícil estudiar los flujos de información dentro del cerebro humano”.
El estudio recuerda que, como humanos, tenemos la capacidad de recordar información detallada, incluso de años atrás, lo que indica un poderoso sistema de memoria.
Los recuerdos explícitos recién codificados inicialmente dependen del hipocampo. La reactivación de la memoria, mediada por un diálogo hipocampo-cortical, conduce a una maduración gradual de los engramas neocorticales con el tiempo. Después de este proceso de consolidación de sistemas, el neocórtex puede almacenar información durante décadas.
Ahora, el equipo ha utilizado tejido cerebral humano intacto, algo extremadamente raro, para esclarecer los procesos que muy probablemente subyacen a la formación de la memoria durante el sueño profundo. Según sus hallazgos, las ondas eléctricas lentas influyen en la fuerza de las conexiones sinápticas entre las neuronas del neocórtex y, por lo tanto, en su receptividad.
Para llevar a cabo este estudio, el equipo analizó muestras intactas de tejido neocortical de un total de 45 pacientes sometidos a neurocirugía para tratar epilepsia o tumores cerebrales en el Hospital Charité, el Evangelisches Klinikum Bethel (EvKB) o el Centro Médico Universitario de Hamburgo-Eppendorf (UKE).
Los investigadores simularon en el tejido las fluctuaciones de voltaje típicas de las ondas cerebrales lentas durante el sueño profundo y luego midieron la respuesta de las células nerviosas.
Para lograrlo, utilizaron micropipetas de vidrio colocadas con una precisión de hasta el nanómetro. Para escuchar las comunicaciones entre varias células nerviosas conectadas a través del tejido, utilizaron hasta diez pipetas sensibles a la vez, un número especialmente grande para este método, conocido como técnica multipatch.
De esta forma, descubrieron que las conexiones sinápticas entre neuronas del neocórtex alcanzan su máximo potencial en un momento muy concreto durante las fluctuaciones de tensión. “Las sinapsis funcionan de forma más eficaz inmediatamente después de que el voltaje sube de bajo a alto”, subraya Franz Xaver Mittermaier, primer autor del estudio.
“Durante ese breve lapso de tiempo, se puede pensar que el córtex se encuentra en un estado de máxima preparación. Si el cerebro reproduce un recuerdo en ese preciso momento, se transfiere de forma especialmente eficaz a la memoria a largo plazo. Así pues, el sueño de ondas lentas favorece la formación de recuerdos, ya que hace que el neocórtex sea especialmente receptivo durante muchos periodos cortos de tiempo”, añade.