Un equipo multidisciplinar de científicos de las universidades de Tel Aviv y de California ha conseguido desarrollar un método de estimulación cerebral profunda durante el sueño, con el objetivo de mejorar la consolidación de la memoria.
En un innovador estudio que difunde Nature Neuroscience, estos investigadores han demostrado por primera vez que los recuerdos duraderos se consolidan en el cerebro humano a través de la comunicación entre el hipocampo y la corteza cerebral durante el sueño.
Los neurocientíficos creen que, mientras dormimos, la consolidación de la memoria depende de la interacción coordinada entre las ondas lentas corticales, los husos del sueño talamocorticales y las ondas del hipocampo.
Sin embargo, falta evidencia científica, como se subraya en este estudio en el que los autores implementaron estimulación cerebral profunda de circuito cerrado, en tiempo real, en la corteza prefrontal humana durante el sueño y probaron sus efectos en la electrofisiología del sueño y en la consolidación nocturna de la memoria declarativa.
En este estudio, explican que sincronizar la estimulación con las fases activas de las ondas lentas endógenas, en el lóbulo temporal medial (MTL), mejoró los husos del sueño, impulsó el bloqueo de la actividad de picos neurales en todo el cerebro a las ondas lentas MTL y mejoró su acoplamiento entre ellas y las oscilaciones talamocorticales.
Además, la estimulación sincronizada mejoró la precisión de la memoria de reconocimiento. Por el contrario, la estimulación idéntica sin este bloqueo de tiempo preciso no se asoció con estos efectos electrofisiológicos y conductuales y, en ocasiones, incluso los degradó.
Memoria durante el sueño
En particular, los cambios individuales en la precisión de la memoria estaban altamente correlacionados con los efectos electrofisiológicos.
Los resultados indican que “la sincronización hipocampo-tálamocortical durante el sueño apoya causalmente la consolidación de la memoria humana”.
Este trabajo fue dirigido por la neurocientífica israelí Maya Geva-Sagiv, que ahora investiga en la Universidad de California en Davis, en colaboración con el profesor Yuval Nir, de la Universidad de Tel Aviv, y del profesor Itzhak Fried, de UCLA.
El profesor Nir subraya que “este estudio fue posible gracias a un raro grupo de 18 pacientes con epilepsia del Centro Médico de UCLA. El equipo del profesor Fried implantó electrodos en el cerebro de estos pacientes, para tratar de identificar las áreas que causan sus ataques epilépticos, y se ofrecieron como voluntarios para participar en un estudio que investiga los efectos de la estimulación cerebral profunda durante el sueño”.
Añade que el equipo de neurólogos de la profesora Dawn Eliashiv, de UCLA, “permitió a nuestro equipo integrar la estimulación cerebral avanzada en la investigación, por lo que pudimos probar, por primera vez en humanos, la hipótesis de que la actividad coordinada del hipocampo y la corteza cerebral, durante el sueño, es un mecanismo crítico en la consolidación de recuerdos”.
En su relato dice también que “mejoramos la consolidación de la memoria a través de un protocolo de estimulación especial, que mejoró la sincronización entre estas dos áreas del cerebro. La intervención durante el sueño representa un enfoque único que puede desarrollarse más en el futuro para brindar esperanza a las personas con problemas de memoria, como la demencia”.
Estimulación cerebral profunda
Por su parte, la doctora Geva-Sagiv explica que “una buena noche de sueño es fundamental para la consolidación de recuerdos duraderos, pero hasta ahora teníamos poca evidencia sobre los procesos precisos que funcionan durante el sueño humano. En este estudio, examinamos directamente el papel de la actividad neuronal y las ondas cerebrales eléctricas durante el sueño. Nuestro objetivo era mejorar los mecanismos naturales en juego, para descubrir exactamente cómo el sueño ayuda a estabilizar los recuerdos”.
Los investigadores desarrollaron un sistema de estimulación del cerebro profundo que mejora la comunicación eléctrica entre el hipocampo, una región del cerebro profundo involucrada en la adquisición de nuevos recuerdos, y la corteza frontal, donde los recuerdos se almacenan a largo plazo.
Al monitorear la actividad en el hipocampo durante el sueño, el sistema permite la entrega precisa de estimulación eléctrica a la corteza frontal. Los participantes del estudio completaron dos pruebas de memoria, comparando su desempeño después de dos noches diferentes, una sin molestias y otra con estimulación cerebral profunda.
En ambas ocasiones, por la mañana se les pidió que reconocieran a personas famosas cuyas fotografías les habían mostrado la noche anterior. La estimulación cerebral profunda mejoró significativamente la precisión de su memoria, concluyen estos neurocientíficos.
Para el profesor Fried, su método tuvo un efecto beneficioso tanto en la actividad cerebral durante el sueño como en el rendimiento de la memoria. Todos los pacientes que recibieron estímulos sincronizados en la corteza frontal, demostraron un mejor rendimiento de la memoria, en comparación con las noches de sueño tranquilo. El grupo de control, que recibió estímulos similares pero no sincronizados, no mostró mejoras en la memoria.
Coordinación precisa entre las ondas del sueño
“Nuestro método de estimulación cerebral profunda -añade- es único porque es de bucle cerrado: los estímulos se sincronizan con precisión con la actividad del hipocampo. Además, monitoreamos el impacto de los estímulos en la actividad cerebral en una resolución de neuronas individuales”.
Finalmente, el profesor Nir insiste en que estos hallazgos “respaldan la hipótesis de que la coordinación precisa entre las ondas del sueño ayuda a la comunicación entre el hipocampo que toma nuevos recuerdos y la corteza frontal que los almacena a largo plazo”.
“Para nuestra sorpresa -termina reconociendo-, también descubrimos que la intervención no aumentó significativamente la cantidad de respuestas correctas dadas por los participantes, sino que redujo la cantidad de respuestas incorrectas. Esto sugiere que el sueño agudiza la precisión de nuestra memoria, o en otras palabras, elimina varias distracciones del rastro de memoria relevante”.
La financiación estuvo a cargo de los INH de Estados Unidos, del Consejo Europeo de Investigación (ERC), la Fundación Nacional de Ciencias de EE UU (NSF), la Fundación Bilateral de Ciencias de EE UU-Israel (BSF) y Human Frontier Science. Program (HFSP).
