Riepilogo: Un nuovo studio rivela che alcuni neuroni nel cervello non solo riproducono eventi passati durante il sonno, ma anticipano anche esperienze future, il che potrebbe spiegare come i sogni a volte possano predire il futuro. Questa ricerca, pubblicata su Nature, ha comportato l’osservazione dei singoli neuroni nell’ippocampo dei ratti durante il riposo dopo aver navigato in un labirinto. Lo studio ha utilizzato un nuovo approccio di apprendimento automatico per tracciare la sintonizzazione spaziale dei neuroni, scoprendo che mentre molti neuroni stabilizzano i ricordi durante il sonno, altri si adattano per anticipare le esperienze future, evidenziando una significativa neuroplasticità durante il sonno.
Punti chiave:
- Sogni predittivi: Lo studio ha scoperto che alcuni neuroni nel cervello non solo riproducono eventi passati durante il sonno, ma anticipano anche esperienze future, spiegando potenzialmente il fenomeno dei sogni predittivi.
- Neuroplasticità durante il sonno: I ricercatori hanno osservato che la neuroplasticità, la capacità del cervello di formare nuove connessioni neurali, si verifica durante il sonno quando alcuni neuroni cambiano le loro rappresentazioni per anticipare esperienze future.
- Metodologia innovativa: Lo studio ha utilizzato un approccio statistico di apprendimento automatico per monitorare l’attività dei neuroni durante il sonno, fornendo nuove informazioni su come il cervello consolida e anticipa le esperienze anche in assenza di stimoli.
Alcuni sogni potrebbero, infatti, predire il futuro: una nuova ricerca ha scoperto che durante il sonno, alcuni neuroni non solo riproducono il passato recente, ma anticipano anche le esperienze future.
La scoperta fa parte di una serie di approfondimenti forniti da uno studio sul sonno e l'apprendimento pubblicato nel da un team di ricercatori della Rice University e dell'Università del Michigan. La ricerca offre una visione di come i singoli neuroni nell'ippocampo dei ratti stabilizzano e sintonizzano le rappresentazioni spaziali durante i periodi di riposo successivi alla prima volta che gli animali corrono in un labirinto.
“Alcuni neuroni si attivano in risposta a stimoli specifici”, afferma Kamran, giusto?, PhD, professore associato di anestesiologia al Michigan e autore corrispondente dello studio, in un comunicato. “I neuroni nella corteccia visiva si attivano quando vengono presentati con lo stimolo visivo appropriato. I neuroni che stiamo studiando mostrano le preferenze di luogo”.
Attività neuronale durante il sonno
Insieme ai collaboratori del Michigan Circuiti neurali e laboratorio di memoria guidato da Diba, neuroscienziato della Rice Caleb Kemere, PhD, ha studiato il processo attraverso il quale questi neuroni specializzati producono una rappresentazione del mondo dopo una nuova esperienza. Nello specifico, i ricercatori hanno monitorato le increspature delle onde acute, un modello di attivazione neuronale noto per svolgere un ruolo nel consolidamento di nuovi ricordi e, più recentemente, anche mostrato per taggare quali parti di una nuova esperienza devono essere archiviate come ricordi.
“Per la prima volta in questo articolo, abbiamo osservato come questi singoli neuroni stabilizzano le rappresentazioni spaziali durante i periodi di riposo”, afferma Kemere, professore associato di ingegneria elettrica e informatica e di bioingegneria alla Rice, in un comunicato.
Il sonno è fondamentale per la memoria e l'apprendimento; la scienza ha quantificato questa antica intuizione misurando le prestazioni nei test di memoria dopo un pisolino invece che dopo un periodo di veglia o addirittura di privazione del sonno.
Approfondimenti da studi precedenti
Un paio di decenni fa, anche gli scienziati scoperto che i neuroni nel cervello degli animali addormentati a cui era stato permesso di esplorare un nuovo ambiente appena prima di riposare, sparavano in modi che riproducevano le traiettorie degli animali durante l'esplorazione.
Questa scoperta è in linea con la consapevolezza che il sonno aiuta le nuove esperienze a cristallizzarsi in ricordi stabili, suggerendo così che le rappresentazioni spaziali di molti di questi neuroni specializzati nell’ippocampo sono stabili durante il sonno. Tuttavia, i ricercatori volevano vedere se c’era altro nella storia.
“Abbiamo immaginato che alcuni neuroni potessero cambiare le loro rappresentazioni, riflettendo l'esperienza che tutti abbiamo avuto di svegliarci con una nuova comprensione di un problema”, afferma Kemere in un comunicato. “Dimostrare questo, tuttavia, ha richiesto di monitorare il modo in cui i singoli neuroni raggiungono la sintonizzazione spaziale, cioè il processo attraverso il quale il cervello impara a navigare in un nuovo percorso o ambiente”.
Monitoraggio delle preferenze neuronali
I ricercatori hanno addestrato i ratti a correre avanti e indietro su una pista rialzata con una ricompensa liquida alle due estremità e hanno osservato come i singoli neuroni nell'ippocampo degli animali si “attivavano” nel processo. Calcolando un tasso medio di picchi su molti giri avanti e indietro, i ricercatori sono stati in grado di stimare il campo di posizionamento dei neuroni, o l'area dell'ambiente a cui un dato neurone “si preoccupava” di più.
“Il punto critico qui è che i campi vengono stimati utilizzando il comportamento dell'animale”, afferma Kemere in un comunicato, sottolineando la sfida di valutare cosa succede ai campi durante i periodi di riposo quando l'animale non si muove fisicamente nel labirinto.
“Ho pensato a lungo a come valutare le preferenze dei neuroni al di fuori del labirinto, ad esempio durante il sonno”, dice Diba in un comunicato. “Abbiamo affrontato questa sfida mettendo in relazione l’attività di ogni singolo neurone con l’attività di tutti gli altri neuroni”.
Questa è stata l'innovazione chiave dello studio: i ricercatori hanno sviluppato un approccio statistico di apprendimento automatico che ha utilizzato gli altri neuroni esaminati per mappare una stima di dove l'animale sognava di essere. Successivamente hanno utilizzato quelle posizioni sognate per stimare il processo di sintonizzazione spaziale per ciascun neurone nei loro set di dati.
Nuove scoperte
“La capacità di tracciare le preferenze dei neuroni anche senza uno stimolo è stata per noi una svolta importante”, afferma Diba in un comunicato.
Sia Diba che Kemere si sono elogiati Kourosh Maboudiricercatore post-dottorato presso il Michigan e autore principale dello studio, per il suo ruolo nello sviluppo dell'approccio di ottimizzazione appresa.
Il metodo ha confermato che le rappresentazioni spaziali che si formano durante l’esperienza di un nuovo ambiente sono, per la maggior parte dei neuroni, stabili per diverse ore di sonno post-esperienza. Ma come avevano previsto i ricercatori, c’era di più nella storia.
“La cosa che mi è piaciuta di più di questa ricerca e il motivo per cui ero così entusiasta è che non è necessariamente vero che durante il sonno l'unica cosa che fanno questi neuroni è stabilizzare il ricordo dell'esperienza”, dice Kemere. in un rilascio. “Si scopre che alcuni neuroni finiscono per fare qualcos’altro.
“Possiamo vedere questi altri cambiamenti che si verificano durante il sonno e, quando rimettiamo gli animali nell’ambiente una seconda volta, possiamo verificare che questi cambiamenti riflettono davvero qualcosa che è stato appreso mentre gli animali dormivano. È come se la seconda esposizione allo spazio avvenisse effettivamente mentre l’animale dorme”.
Neuroplasticità osservata
Ciò è significativo perché costituisce un’osservazione diretta della neuroplasticità come avviene durante il sonno. Kemere ha sottolineato che quasi tutta la ricerca sulla plasticità, che esamina i meccanismi che consentono ai neuroni di ricablarsi e formare nuove rappresentazioni, guarda cosa succede durante i periodi di veglia quando vengono presentati gli stimoli piuttosto che durante il sonno quando gli stimoli rilevanti sono assenti.
“Sembra che la plasticità o il ricablaggio del cervello richieda tempi molto rapidi”, afferma Diba in un comunicato, sottolineando l'affascinante relazione tra la durata dell'esperienza reale, “che può occupare l'arco di secondi, minuti ma anche ore o giorni ”, e ricordi reali, “che sono super compressi”.
“Se ricordi qualcosa, il ricordo, è istantaneo”, dice Diba in un comunicato, facendo riferimento a un famoso passaggio letterario dello scrittore modernista francese Marcel Proust in cui un ricordo d'infanzia svela un intero mondo perduto di esperienze passate in un attimo.
Il futuro della scienza del cervello
Lo studio è un esempio dei progressi nelle neuroscienze consentiti negli ultimi decenni dal progresso tecnologico nella progettazione di sonde neurali stabili e ad alta risoluzione, nonché dalla potenza di calcolo supportata dall’apprendimento automatico.
Alla luce di questi progressi, Kemere afferma che la scienza del cervello è pronta a compiere progressi significativi in futuro, esprimendo allo stesso tempo preoccupazione per il futuro. impatto dei recenti tagli di bilancio sulla continua ricerca.
“È del tutto possibile che se avessimo iniziato questo lavoro oggi, forse non saremmo stati in grado di fare questi esperimenti e ottenere questi risultati”, afferma Kemere in un comunicato. “Siamo decisamente grati che l'opportunità sia stata lì.”
