Neuronii „prezic” viitorul chiar în timp ce noi dormim

O nouă cercetare a descoperit că, în timpul somnului, unii neuroni nu numai că recapitaluează trecutul recent, ci și anticipează experiențele viitoare.

Descoperirea face parte dintr-o serie de informații oferite de un studiu privind somnul și învățarea, publicat în revista Nature de o echipă de cercetători de la Universitatea Rice și de la Universitatea din Michigan. Cercetarea oferă o perspectivă fără precedent asupra modului în care neuronii individuali din hipocampul șobolanilor stabilizează și ajustează reprezentările spațiale în timpul perioadelor de odihnă care urmează după ce animalele au parcurs pentru prima dată un labirint.

„Anumiți neuroni se declanșează ca răspuns la stimuli specifici”, a declarat Kamran Diba, profesor asociat de anesteziologie la Michigan și autor corespondent al studiului. „Neuronii din cortexul vizual pornesc atunci când li se prezintă stimulul vizual corespunzător. Neuronii pe care îi studiem arată preferințe de loc”.

Alături de colaboratori din cadrul Laboratorului de circuite neuronale și memorie de la Michigan, condus de Diba, Caleb Kemere, cercetător în neuroștiințe la Rice, a studiat procesul prin care acești neuroni specializați produc o reprezentare a lumii după o nouă experiență. Mai exact, cercetătorii au urmărit ondulațiile de unde ascuțite, un model de activare neuronală despre care se știe că joacă un rol în consolidarea noilor amintiri și, mai recent, s-a demonstrat, de asemenea, că marchează ce părți ale unei noi experiențe vor fi stocate ca amintiri.

O perspectivă fără precedent asupra neuronilor

„Pentru prima dată în această lucrare, am observat modul în care acești neuroni individuali stabilizează reprezentările spațiale în timpul perioadelor de repaus”, a declarat Kemere, profesor asociat de inginerie electrică și informatică și de bioinginerie la Rice.

Somnul este esențial pentru memorie și învățare, iar știința a cuantificat această intuiție veche de când lumea prin măsurarea performanțelor la testele de memorie după un pui de somn, spre deosebire de cele obținute după o perioadă de veghe sau chiar de privare de somn.

Cu câteva decenii în urmă, oamenii de știință au descoperit, de asemenea, că neuronii din creierul animalelor adormite cărora li s-a permis să exploreze un nou cadru chiar înainte de a se odihni, se declanșau în moduri care redau traiectoriile animalelor în timpul explorării. Această descoperire s-a aliniat cu unele cunoștințe conform cărora somnul ajută noile experiențe să se cristalizeze în amintiri stabile, sugerând astfel că reprezentările spațiale ale multora dintre acești neuroni specializați din hipocamp sunt stabile în timpul somnului, scrie EurekAlert.

„Ne-am imaginat că unii neuroni și-ar putea schimba reprezentările ⎯ reflectând experiența pe care am avut-o cu toții de a ne trezi cu o nouă înțelegere a unei probleme”, a spus Kemere. „Totuși, pentru a arăta acest lucru, a fost nevoie să urmărim modul în care neuronii individuali realizează reglajul spațial, adică procesul prin care creierul învață să navigheze pe un nou traseu sau într-un nou mediu.”

Somnul este esențial pentru memorie și învățare

Cercetătorii au antrenat șobolanii să alerge înainte și înapoi pe o pistă ridicată, cu o recompensă lichidă la fiecare capăt, și au observat cum neuronii individuali din hipocampul animalelor se „înmulțesc” în acest proces. Astfel, cercetătorii au putut estima „câmpul de loc al neuronilor” – sau zona din mediul înconjurător la care un anumit neuron „ținea” cel mai mult.

„Punctul critic este că aceste câmpuri de localizare sunt estimate folosind comportamentul animalului”, a spus Kemere, subliniind provocarea de a evalua ce se întâmplă cu aceste câmpuri în timpul perioadelor de odihnă, când animalul nu se mișcă fizic prin labirint.

Cercetătorii au dezvoltat o abordare statistică de învățare automată care a folosit ceilalți neuroni chestionați pentru a trasa o estimare a locului în care animalul visa să se afle. Apoi au folosit aceste poziții visate pentru a estima procesul de acordare spațială pentru fiecare neuron din setul de date.

Metoda a confirmat faptul că reprezentările spațiale care se formează în timpul experienței unui mediu nou sunt, pentru majoritatea neuronilor, stabile pe parcursul a mai multe ore de somn post-experiență.

Vă recomandăm să mai citiți și:

O echipă de cercetători din Portugalia a descoperit neuronii „zombi”

Test de cultură generală. Câți neuroni are creierul uman?

Oamenii de știință au descoperit cum pot genera noi neuroni în creier

Anemonele-de-mare, o specie marină care rămâne veșnic tânără datorită neuronilor săi