Por qué el sueño profundo es bueno para la memoria

Las ondas cerebrales lentas que surgen durante el sueño profundo hacen que el neocórtex sea especialmente receptivo a la consolidación de los recuerdos.

Por Enrique Coperías

Mientras dormimos, nuestro encéfalo repite los acontecimientos del día, y traslada la información desde la ubicación de la memoria a corto plazo, el hipocampo, a la memoria a largo plazo, situada en el neocórtex.

Desde hace casi veinte años, se sabe que las ondas eléctricas lentas y sincrónicas del cerebro durante el sueño profundo favorecen la formación de recuerdos. Pero hasta ahora se desconocía por qué. Ahora, en la revista Nature Communications, un equipo de investigadores de la Charité - Universitätsmedizin Berlin propone una explicación.

Según el estudio, las ondas lentas —un patrón de actividad cerebral que se caracteriza por su baja frecuencia, típicamente en el rango de 0.5 a 4 Hz.— hacen que el neocórtex, el lugar de la memoria a largo plazo, sea especialmente receptivo a la información. Los hallazgos podrían ayudar a optimizar los enfoques terapéuticos destinados a favorecer la formación de la memoria desde el exterior.

Las ondas lentas, u oscilaciones lentas, son un tipo de onda eléctrica que surge en el cerebro durante el sueño profundo. Las ondas delta comprenden una determinada gama de frecuencias que aparecen en un electroencefalograma; su presencia, amplitud y frecuencia pueden indicar el estado de salud del cerebro y la calidad del sueño.

Neuronas en el neocórtex: el sueño de ondas lentas fortalece las conexiones entre ellas, apoyando así la formación de la memoria. © Charité | Sabine Grosser

¿Cómo se forman los recuerdos?

Se trata de ondas cerebrales lentas que pueden surgir también fuera del sueño, como parte de una enfermedad o trastorno. Este término más amplio se utiliza a veces como sinónimo de ondas lentas

Pero ¿cómo se forman los recuerdos permanentes? Los expertos creen que, mientras dormimos, nuestro encéfalo repite los acontecimientos del día, y traslada la información desde la ubicación de la memoria a corto plazo, el hipocampo, a la memoria a largo plazo, situada en el neocórtex.

Las ondas lentas juegan un papel clave en este proceso: oscilaciones lentas y sincrónicas de la tensión eléctrica en el córtex que se producen durante la fase de sueño profundo. Pueden medirse mediante un electroencefalograma (EEG). Las ondas se originan cuando el voltaje eléctrico de muchas neuronas sube y baja simultáneamente una vez por segundo.

“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 ocurre exactamente dentro del cerebro cuando esto ocurre, porque es extremadamente difícil estudiar los flujos de información dentro del encéfalo humano.”

— Jörg Geiger, director del Instituto de Neurofisiología de Charité y responsable del estudio

Ahora, Geiger y su equipo han utilizado tejido cerebral humano intacto, algo extremadamente raro, para aclarar los procesos que muy probablemente subyacen a la formación de la memoria durante el sueño profundo. Según sus conclusiones, las ondas eléctricas lentas influyen en la fuerza de las conexiones sinápticas entre las neuronas del neocórtex y, por tanto, en su receptividad.

Para su estudio, el equipo de investigadores estudió muestras de tejido neocortical tomadas de 45 pacientes sometidos a neurocirugía para tratar la epilepsia o un tumor cerebral en la Charité, el hospital Evangelisches Klinikum Bethel (EvKB)y el Centro Médico Universitario Hamburg-Eppendorf (UKE).

Los neurocientíficos 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 ello, utilizaron micropipetas de vidrio colocadas con precisión nanométrica.

Diez sensores para rastrear el sueño profundo: este microscopio de aspecto amigable fue fundamental para decodificar los efectos de las ondas lentas típicas del sueño. Equipado con diez pipetas de vidrio que se pueden controlar con precisión hasta el nanómetro mediante brazos robóticos, puede estimular y leer la actividad eléctrica de otras tantas células nerviosas en el tejido conectado. Cortesía: Charité | Franz Xaver Mittermaier

La sincronización perfecta contribuye a la formación de la memoria

Para escuchar las comunicaciones entre múltiples células nerviosas conectadas a través del tejido, utilizaron hasta diez palpadores de pipeta a la vez, un número extragrande para este método, que se conoce como técnica multiparche.

El equipo de investigadores descubrió que las conexiones sinápticas entre neuronas del neocórtex se potencian al máximo en un momento muy concreto de las fluctuaciones de voltaje. «Las sinapsis funcionan con mayor eficacia inmediatamente después de que el voltaje suba de bajo a alto», explica Franz Xaver Mittermaier, investigador del Instituto de Neurofisiología de Charité y primer autor del estudio.

En palabras de Mittermaier, «durante esa breve ventana de tiempo, se puede pensar que el córtex se ha colocado en un estado de preparación elevado. Si el cerebro reproduce un recuerdo exactamente en ese momento, se transfiere a la memoria a largo plazo con especial eficacia—. Y añade—: Así pues, el sueño de ondas lentas favorece evidentemente la formación de la memoria al hacer que el neocórtex esté especialmente receptivo durante muchos breves periodos de tiempo».

Este conocimiento podría utilizarse para mejorar la memoria, por ejemplo, en el caso de deterioro cognitivo leve en ancianos. Grupos de investigación de todo el mundo están trabajando en métodos para utilizar impulsos eléctricos sutiles (electroestimulación transcraneal) o señales acústicas para influir en las ondas lentas durante el sueño.

“Sin embargo, en este momento, estos métodos de estimulación se están optimizando mediante ensayo y error, lo que es un proceso laborioso y que requiere mucho tiempo —afirma Geiger. Y concluye—: Nuestros hallazgos sobre el momento perfecto podrían ayudar en este sentido. Ahora, por primera vez, permiten el desarrollo específico de métodos de estimulación para potenciar la formación de la memoria». ▪️

• Información facilitada por el Charité - Universitätsmedizin de Berlín

• Fuente: Mittermaier, F.X., Kalbhenn, T., Xu, R. et al. Membrane potential states gate synaptic consolidation in human neocortical tissue. Nature Communications (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-53901-2