Sueño y memoria

La estabilización de un recuerdo es el anclaje de un recuerdo en un lugar, en el que se establece una conexión débil. La estabilización de los recuerdos procedimentales puede incluso ocurrir durante las horas de vigilia, lo que sugiere que ciertas tareas no declarativas se potencian en ausencia de sueño. ^{[ 4 ]} Sin embargo, cuando se dice que los recuerdos se potencian, la conexión se fortalece mediante el repaso, así como al conectarlo con otros recuerdos relacionados, lo que hace que la recuperación sea más eficiente. Mientras que la estabilización de los recuerdos no declarativos puede observarse durante el estado de vigilia, se ha descubierto que la potenciación de estos recuerdos sensoriales y motores ocurre principalmente durante el sueño nocturno. ^{[ 4 ]}

La actividad cerebral que ocurre durante el sueño se evalúa de dos maneras: dependencia del uso y dependencia de la experiencia. ^{[ 7 ]} La actividad cerebral dependiente del uso es el resultado del uso neuronal que ocurrió durante las horas de vigilia previas. Esencialmente, es regeneración neuronal, actividad que ocurre independientemente de si la persona ha aprendido algo nuevo o no. ^{[ 7 ]}

La actividad cerebral dependiente de la experiencia es el resultado de una nueva situación, entorno, tarea aprendida o hecho que ha ocurrido en el período previo al sueño. Este es el tipo de actividad cerebral que indica consolidación/mejora de la memoria. ^{[ 7 ]}

En un entorno experimental, suele ser difícil distinguir entre ambos, ya que el entorno en sí mismo constituye un nuevo ambiente. Este nuevo ambiente se reflejaría en la actividad cerebral durante el sueño, junto con la tarea recién aprendida. Para evitar esto, la mayoría de los experimentadores insisten en que los participantes pasen un día en la condición experimental antes de que comiencen las pruebas, de modo que el entorno no les resulte novedoso una vez iniciado el experimento. Esto garantiza que los datos recopilados sobre la actividad cerebral dependiente de la experiencia provengan exclusivamente de la tarea novedosa.

La consolidación de la memoria es un proceso que toma una representación inicialmente inestable y la codifica de una manera más sólida, eficaz y eficiente. En este nuevo estado, la memoria es menos susceptible a la interferencia. ^{[ 1 ]} Existen esencialmente tres fases de consolidación de la memoria y se cree que todas se ven facilitadas por el sueño o la falta de sueño:

1. La estabilización es la codificación de una memoria que tarda solo 6 milisegundos. ^{[ 1 ]}
2. La mejora es el proceso continuo de consolidación que puede ocurrir en minutos, 7 horas, días pero no más. ^{[ 1 ]} Se puede observar que las actividades conductuales posteriores al sueño muestran mejoras significativas en ausencia de práctica. ^{[ 1 ]}
3. La integración también puede llevar horas o años y es el proceso de conectar recuerdos codificados recientemente en redes de memoria existentes. ^{[ 1 ]}

La reconsolidación de un recuerdo implica la recuperación de un recuerdo ya consolidado (explícito o implícito) en la memoria a corto plazo o memoria de trabajo. En este estado, se vuelve lábil, lo que permite que la información posterior interfiera con lo que se encuentra actualmente en la memoria, alterándola. Esto se conoce como interferencia retroactiva y constituye un aspecto sumamente importante en los juicios y en los testimonios de testigos presenciales. ^{[ 8 ]}

Los investigadores abordan el estudio del sueño y la memoria desde diferentes perspectivas. Algunos estudios miden los efectos de la privación del sueño después de que se enseña una tarea nueva (el sujeto aprende la tarea y luego se le priva del sueño). Esto se conoce como privación del sueño posterior al entrenamiento . Por el contrario, se han realizado otros experimentos que miden los efectos de la privación del sueño antes de que se enseñe una tarea (el sujeto se priva del sueño y luego aprende una tarea). Esto se conoce como privación del sueño previa al entrenamiento .

Este es el procesamiento de recuerdos fuera de la consciencia. Por ejemplo, después de que alguien ha estado leyendo un libro, su cerebro continúa procesando la experiencia durante otras actividades. Este procesamiento "fuera de línea" también ocurre durante el sueño. ^{[ 8 ]}

• Una tarea de señalamiento autoordenado es una tarea de memoria en la que se presenta al participante una serie de imágenes (o palabras) dispuestas en una pantalla. Se presentan varios ensayos, cada uno con una disposición diferente y que contiene algunas de las palabras o imágenes anteriores. La tarea del participante consiste en señalar una palabra o imagen que no haya señalado previamente en otros ensayos. ^{[ 9 ]}
• En una tarea de discriminación por recencia, a los participantes se les muestran dos ensayos de presentación de imágenes y luego un tercer ensayo que contiene una mezcla de imágenes del primer y segundo ensayo. Su tarea consiste en determinar si la imagen fue presentada más recientemente o de la anterior. ^{[ 9 ]}
• En una tarea de recuperación de ruta, se produce un aprendizaje espacial en el que un participante realiza un recorrido virtual por un lugar específico (como una ciudad o un laberinto). Posteriormente, se pide a los participantes que realicen un recorrido virtual por el mismo lugar mientras se utiliza neuroimagen para medir la actividad cerebral. ^{[ 10 ]}
• Una tarea asociativa de pares de palabras consta de dos fases. Durante la primera fase (adquisición), se aprenden las respuestas de la tarea de asociación de pares y se vuelven recordables. En la segunda fase (fase asociativa), el sujeto aprende a asociar cada respuesta con un estímulo diferente . Por ejemplo, una señal visual proporcionaría información sobre qué palabras deben recordarse después de que se eliminen el estímulo y las palabras. ^{[ 11 ]}
• En una tarea de trazado en espejo, se pide a los participantes que tracen varias figuras lo más rápido y con la mayor precisión posible, figuras que solo pueden ver reflejadas en un espejo. Se registra la velocidad, así como la desviación respecto a la imagen original (precisión). ^{[ 11 ]}
• En la prueba del laberinto acuático de Morris, se utilizan ratas para evaluar su aprendizaje espacial en dos condiciones: espacial y no espacial. En la condición espacial, una plataforma está oculta mediante agua turbia, mientras que en la condición no espacial, la plataforma es visible. En la condición espacial, la rata debe recurrir a su memoria espacial para encontrar la plataforma, mientras que la condición no espacial se utiliza con fines comparativos. ^{[ 12 ]}

• La tarea de tiempo de reacción en serie (tarea SRT) consiste en que los sujetos se colocan frente a una pantalla de ordenador donde se muestran varios marcadores espacialmente relacionados con marcadores relevantes en su teclado. Se les pide que reaccionen con la mayor rapidez y precisión posible ante la aparición de un estímulo debajo de uno de los marcadores. Los sujetos pueden ser entrenados en la tarea con instrucciones explícitas (por ejemplo, se presentan secuencias de colores que deben aprender) o implícitas (por ejemplo, el experimentador no menciona las secuencias de colores, lo que lleva a los sujetos a creer que se trata de una prueba de velocidad). Cuando esta tarea se utiliza en estudios del sueño, tras un intervalo de tiempo, se evalúa la retención de los sujetos. ^{[ 13 ]}
• En la tarea de alcanzar y agarrar, los roedores aprendieron una tarea de destreza con las extremidades anteriores. El sueño mejoró la velocidad del movimiento sin perder precisión. Estas mejoras posteriores a la actividad cerebral se vincularon tanto a la reactivación de conjuntos neuronales relacionados con la tarea durante el sueño no REM como a cambios temporales que vincularon más estrechamente los conjuntos de la corteza motora con los movimientos. ^{[ 14 ]}
• En una tarea neuroprotésica, se entrenó a roedores para realizar una tarea simple de interfaz cerebro-máquina en la que la actividad de un conjunto de unidades de la corteza motora se utilizó para controlar un brazo mecánico conectado a un bebedero. Tras un aprendizaje exitoso, las unidades relacionadas con la tarea experimentaron específicamente un mayor acoplamiento y coherencia con la actividad de ondas lentas (AOL) durante el sueño. El tiempo transcurrido en AOL predijo las mejoras en el rendimiento al despertar. ^{[ 15 ]}
• En una tarea de tecleo por bloques, se pide a los participantes que escriban una secuencia de cinco números con su mano dominante o no dominante (especificada en el experimento) durante un tiempo determinado, seguido de un período de descanso. Se realizan varios ensayos y el ordenador registra el número de secuencias completadas para evaluar la velocidad y la tasa de errores para evaluar la precisión. ^{[ 1 ]}
• La prueba de golpeteo de dedos se utiliza comúnmente cuando se requiere una tarea puramente motora. Esta prueba exige que los sujetos presionen continuamente cuatro teclas (generalmente numéricas) en un teclado con su mano no dominante, en una secuencia como 4-3-1-2-4, durante un tiempo determinado. La evaluación se realiza determinando el número de errores cometidos. ^{[ 16 ]}

Las técnicas de neuroimagen se pueden clasificar en dos categorías, ambas utilizadas en diversas situaciones según el tipo de información que se necesite. La imagen estructural se centra principalmente en la estructura del cerebro ( tomografía computarizada ), mientras que la imagen funcional se centra más en los procesos metabólicos relacionados con el funcionamiento anatómico ( tomografía por emisión de positrones , resonancia magnética funcional ). En los últimos años, el desarrollo de estas técnicas de neuroimagen ha contribuido a comprender mejor la relación entre el sueño y los procesos de memoria. ^{[ 17 ]}

La tomografía por emisión de positrones (PET) se utiliza para visualizar procesos funcionales del cerebro (u otras partes del cuerpo). Se inyecta un radionúclido emisor de positrones en el torrente sanguíneo, el cual emite rayos gamma que son detectados por un escáner de imágenes. El análisis computarizado permite una reconstrucción tridimensional de la región cerebral o parte del cuerpo de interés.

La resonancia magnética funcional (RMf) es un tipo de neuroimagen que mide la variación del oxígeno en la sangre debida a la actividad neuronal. Los datos resultantes se pueden visualizar como una imagen del cerebro con representaciones coloreadas de la activación neuronal.

Aunque esto pueda parecer similar a las técnicas de neuroimagen, las medidas moleculares ayudan a potenciar las áreas de activación que de otro modo serían indescifrables para la neuroimagen. Una de estas técnicas que contribuye a la resolución temporal y visual de la resonancia magnética funcional (RMf) es la respuesta dependiente del nivel de oxígeno en sangre (BOLD). Se pueden observar cambios en la respuesta BOLD cuando existen diferentes niveles de activación en áreas sospechosas de funcionamiento. El cerebro recibe energía en forma de glucosa y oxígeno (que se transporta mediante la hemoglobina ). ^{[ 18 ]} El suministro de sangre se regula constantemente para que las áreas de activación reciban mayores cantidades de energía en comparación con las áreas menos activadas. ^{[ 19 ]} En la tomografía por emisión de positrones (PET) , el uso de radionúclidos ( isótopos con vidas medias cortas ) facilita la resolución visual. Estos radionúclidos se unen a glucosa, agua y amoníaco para facilitar su absorción en las áreas cerebrales activadas. Una vez inyectados estos trazadores radiactivos en el torrente sanguíneo , se puede observar la eficiencia y la ubicación de los procesos químicos mediante PET. ^{[ 20 ]}

El método principal para medir el sueño en humanos es la polisomnografía (PSG). Para este método, los participantes suelen acudir a un laboratorio donde los investigadores utilizan la PSG para medir aspectos como el tiempo total de sueño, la eficiencia del sueño, el tiempo de vigilia después del inicio del sueño y la fragmentación del sueño. La PSG permite monitorizar diversas funciones corporales, como la actividad cerebral (electroencefalografía), los movimientos oculares (electrooculografía), los movimientos musculares (electromiografía) y el ritmo cardíaco (electrocardiografía).

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  La electroencefalografía (EEG) es un procedimiento que registra la actividad eléctrica del cuero cabelludo. Este procedimiento no registra la actividad de neuronas individuales, sino que mide la actividad eléctrica promedio general del cerebro.
• La electrooculografía (EOG) mide la diferencia de potencial eléctrico entre la parte anterior y posterior del ojo. Esta técnica no mide la respuesta a estímulos visuales individuales, sino el movimiento ocular general.
• La electromiografía (EMG) se utiliza para registrar la actividad eléctrica de los músculos esqueléticos. Un dispositivo llamado electromiógrafo mide el potencial eléctrico de las células musculares para monitorizar el movimiento muscular.
• La electrocardiografía (ECG o EKG) mide la despolarización eléctrica de los músculos cardíacos mediante diversos electrodos colocados cerca del tórax y las extremidades. Esta medición de la despolarización se puede utilizar para monitorizar el ritmo cardíaco.

La actigrafía es un método común y mínimamente invasivo para medir la arquitectura del sueño. Solo utiliza un método de registro: el movimiento. Este movimiento se puede analizar mediante diferentes programas actigráficos. Por ello, un actígrafo suele llevarse como un reloj o alrededor de la cintura, como un cinturón. Gracias a su carácter mínimamente invasivo y su precio relativamente bajo, este método permite realizar registros fuera de un laboratorio y durante varios días seguidos. Sin embargo, la actigrafía suele sobreestimar el tiempo de sueño (de Souza 2003 y Kanady 2011).

La memoria temporal consta de tres categorías principales, ^{[ 21 ]} aunque siguen siendo objeto de debate entre psicólogos y neurobiólogos; estas categorías son la memoria inmediata, la memoria a corto plazo y la memoria a largo plazo. ^{[ 22 ]} La memoria inmediata se refiere a la recuperación de información presentada recientemente. La memoria a corto plazo se utiliza para retener información presentada segundos o minutos antes. Un tipo de memoria a corto plazo se conoce como memoria de trabajo, que es la capacidad de retener la información necesaria para realizar acciones secuenciales. La memoria a largo plazo es la retención de información durante períodos prolongados, como días, semanas o incluso toda la vida.

En un estudio, los participantes fueron divididos en cuatro grupos: dos grupos de control a los que se les administró cafeína o un placebo , y dos grupos que fueron privados de sueño durante 36 horas, a los que también se les administró cafeína o un placebo. La tarea utilizada para medir la memoria temporal consistió en discriminar entre presentaciones recientes y menos recientes de rostros. Se presentó un conjunto de doce rostros desconocidos secuencialmente cada 10 segundos. Posteriormente, se utilizó una tarea de señalamiento autoordenada durante 5 minutos para evitar el repaso y mantener ocupados a los participantes cansados. Esta tarea requería que marcaran cualquier elemento nuevo que vieran (ya fueran sustantivos o formas abstractas) presentado en 12 hojas. Se presentó un segundo conjunto, seguido de otra tarea de señalamiento autoordenada, y luego se mostró al participante una secuencia aleatoria de 48 rostros que contenían rostros presentados previamente o nuevos. Se les preguntó si reconocían los rostros y si pertenecían al primer o segundo conjunto. Los resultados indican que la privación de sueño no afecta significativamente el reconocimiento de rostros, pero sí produce un deterioro significativo de la memoria temporal (discriminar qué rostro pertenecía a qué conjunto). Se observó que la cafeína tenía un mayor efecto en el grupo privado de sueño en comparación con el grupo placebo privado de sueño, pero aun así su rendimiento fue inferior al de ambos grupos de control. También se encontró que la privación de sueño aumentaba la creencia de tener razón, especialmente si los participantes estaban equivocados. Los estudios de neuroimagen de personas privadas de sueño revelaron que la mayor reducción en la tasa metabólica se produce en la corteza prefrontal . ^{[ 23 ]}

En un estudio realizado por Drummond et al., se utilizó una resonancia magnética funcional dependiente del nivel de oxígeno en sangre (BOLD) para medir la respuesta cerebral al aprendizaje verbal tras la privación del sueño. La resonancia magnética funcional registró la actividad cerebral durante una tarea de aprendizaje verbal en participantes que habían dormido una noche normal o que habían dormido 34,7 (± 1,2) horas. La tarea alternaba entre una condición basal de determinar si los sustantivos eran mayúsculas o minúsculas y una condición experimental de memorizar una lista de sustantivos. Los resultados del estudio indican que el rendimiento en el recuerdo libre de la lista de sustantivos es significativamente peor cuando se está privado de sueño (un promedio de 2,8 ± 2 palabras) en comparación con una noche de sueño normal (4,7 ± 4 palabras). En cuanto a las regiones cerebrales activadas, se observó la activación de la corteza prefrontal izquierda , la corteza premotora y los lóbulos temporales durante la tarea en estado de reposo, y regiones específicas de la corteza prefrontal mostraron una mayor activación durante la tarea en estado de privación de sueño. Asimismo, se observó la activación del lóbulo parietal bilateral , el giro frontal medio izquierdo y el giro frontal inferior derecho en las personas privadas de sueño. Esto implica que el cerebro puede compensar inicialmente los efectos de la privación de sueño manteniendo un rendimiento parcialmente intacto, el cual disminuye con el tiempo de realización de la tarea. Esta compensación inicial puede encontrarse en las regiones bilaterales de los lóbulos frontal y parietal, y la activación de la corteza prefrontal se correlaciona significativamente con la somnolencia. ^{[ 9 ]}

En un estudio realizado por Drummond y Brown, se comparó la activación cerebral durante el desempeño en tres tareas cognitivas (aprendizaje verbal, aritmética y atención dividida) después de un sueño normal y 35 horas de privación total de sueño (PTS). Estas diferencias cerebrales se midieron mediante resonancia magnética funcional (RMf). En la tarea de aprendizaje verbal, la RMf indicó las regiones involucradas tanto en el aprendizaje verbal como en la memorización. Los resultados mostraron que tanto la PTS como una noche de sueño normal presentaron una respuesta significativa en la corteza prefrontal, y tras la PTS se observó una respuesta en áreas adicionales, incluyendo otras áreas prefrontales, el lóbulo parietal inferior bilateral y los lóbulos parietales superiores . El aumento de la somnolencia también se correlacionó con la activación de dos regiones prefrontales ventrales , y tras la PTS se encontró una correlación entre una mayor activación en los lóbulos parietales bilaterales (que incluyen áreas del lenguaje) y menores niveles de deterioro en el recuerdo libre. En la tarea aritmética, el sueño normal mostró la activación esperada en las regiones de memoria de trabajo prefrontal y parietal bilaterales , pero tras la privación total de sueño (PTS) solo mostró activación en el lóbulo parietal superior izquierdo y la corteza premotora izquierda en respuesta, sin nuevas áreas para compensar (como se encontró en el aprendizaje verbal). El aumento de la somnolencia también se correlacionó con la activación en una región prefrontal ventral, pero solo en una región. La tarea de atención dividida combinó tanto el aprendizaje verbal como la tarea aritmética. La resonancia magnética funcional (RMf) indicó que la respuesta cerebral después de la PTS es similar a la de la tarea de aprendizaje verbal (específicamente la corteza prefrontal derecha, los lóbulos parietales bilaterales y el giro cingulado mostraron la respuesta más fuerte). La implicación de este hallazgo es que las regiones cerebrales adicionales activadas después de las tareas de aprendizaje verbal y atención dividida tras la PTS representan una respuesta compensatoria cerebral a la falta de sueño. Por ejemplo, se observa una disminución en la respuesta de los lóbulos temporales izquierdos durante ambas tareas, los cuales participan en diferentes tareas de aprendizaje durante un estado de reposo. Sin embargo, la participación del lóbulo parietal inferior izquierdo en el almacenamiento de la memoria verbal a corto plazo tras la privación de sueño sugiere que esta región podría compensar. La ausencia de nuevas áreas para la tarea aritmética podría indicar que esta depende en gran medida de la memoria de trabajo, por lo que la compensación no es posible, en comparación con tareas como el aprendizaje verbal, que dependen menos de la memoria de trabajo. ^{[ 24 ]}

El sueño de ondas lentas (SOL) se ha asociado frecuentemente con un rendimiento exitoso en tareas de recuerdo de memoria declarativa. Por ejemplo, se ha demostrado que las tareas de recuerdo de memoria declarativa y procedimental aplicadas durante el sueño nocturno temprano y tardío, así como en condiciones de vigilia controlada, muestran que la memoria declarativa mejora más durante el sueño temprano (dominado por el SOL) mientras que la memoria procedimental mejora durante el sueño tardío (dominado por el sueño REM). ^{[ 25 ] [ 26 ]} Basándose en la reactivación de memoria dirigida (RMD) que utiliza señales de memoria asociadas para activar huellas de memoria durante el sueño, estudios recientes han reafirmado la importancia del SOL nocturno para la formación de recuerdos persistentes en redes neocorticales, además de destacar la posibilidad de aumentar el rendimiento de la memoria de las personas en los recuerdos declarativos. ^{[ 25 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]} El aumento de la actividad lenta y el tiempo de sueño dedicado al SOL también se han relacionado con un mejor rendimiento en el aprendizaje implícito . ^{[ 31 ]}

Aumento de los husos del sueño

Los husos del sueño son breves e intensos estallidos de neuronas que se activan de forma sincronizada en las redes talamocorticales. Alcanzan su punto máximo al final de la noche y son características definitorias de la fase dos del sueño . Se cree que los husos del sueño contribuyen a la consolidación de la información durante el sueño y se ha demostrado que aumentan tras el entrenamiento en una tarea motora. ^{[ 16 ]} Una reciente metarevisión de 53 estudios concluyó que «no existe relación entre los husos del sueño y la memoria, por lo que es improbable que los husos del sueño estén implicados en general en el aprendizaje y la plasticidad». ^{[ 35 ]}

Un estudio realizado con 49 ratas indicó un aumento de los husos del sueño durante el sueño de ondas lentas tras el aprendizaje. Se evidenció un aumento de la frecuencia de los husos durante el sueño no REM tras la asociación de tareas de aprendizaje de habilidades motoras. Mediante un EEG , se detectaron husos del sueño y se demostró su presencia únicamente durante el sueño de ondas lentas. En un estudio preliminar, las ratas fueron sometidas a seis horas de sueño monitorizado tras un periodo de aprendizaje. Los resultados mostraron que, durante la primera hora posterior al aprendizaje, se observó el efecto más evidente en la densidad de husos del sueño modulada por el aprendizaje. Sin embargo, este aumento en la densidad de husos no dependía de la condición de entrenamiento. En otras palabras, hubo un aumento de husos independientemente de cómo se entrenara a las ratas. Los patrones de EEG mostraron una diferencia significativa en la densidad de husos del sueño en comparación con la densidad de un grupo de control de ratas que no recibieron ningún entrenamiento antes de la medición de sus husos del sueño. Este efecto de aumento de la densidad de husos solo duró la primera hora de sueño posterior al entrenamiento y desapareció durante la segunda hora de sueño.

En un estudio de Fischer y Born, 2009, ^{[ 36 ]} se demostró que el conocimiento previo de la recompensa monetaria y el sueño posterior al entrenamiento son predictores significativos del rendimiento general en la tarea de golpeteo de secuencias de dedos. A los sujetos se les presentaron dos tareas diferentes de secuencias de dedos que debían replicarse posteriormente. Se les informó que se les ofrecería una recompensa por mejorar en una tarea específica de golpeteo de secuencias de dedos. Un grupo de control no recibió información sobre la recompensa. Los sujetos se separaron aún más al permitir un período de sueño entre el entrenamiento inicial y la prueba final para un grupo, mientras que otro grupo se enfrentó a un intervalo de retención de vigilia. Se concluyó que el grupo que recibió información sobre la recompensa y pudo dormir mostró el mayor aumento en el rendimiento en ambas secuencias de golpeteo de dedos. El conocimiento de la recompensa sin sueño y el sueño sin conocimiento de la recompensa contribuyeron significativamente a la mejora del rendimiento. En todos los casos, se determinó que el sueño tuvo un efecto ventajoso en el rendimiento general en comparación con los grupos que se sometieron a un período de retención de vigilia de doce horas.

El sueño REM es conocido por sus creaciones vívidas y similitud con las salidas bioeléctricas de una persona despierta. Esta etapa del sueño se caracteriza por atonía muscular, EEG rápido pero de bajo voltaje y, como su nombre lo indica, movimiento ocular rápido. Es difícil atribuir las ganancias de memoria a una sola etapa del sueño cuando puede ser todo el ciclo del sueño el responsable de la consolidación de la memoria . Una investigación reciente realizada por Datta et al. ^{[ 37 ]} utilizó una tarea de evitación seguida de un período de sueño REM posterior al entrenamiento para examinar los cambios en las ondas P que afectan el reprocesamiento de estímulos adquiridos recientemente. Se encontró que no solo aumentaron las ondas P durante el sueño posterior al entrenamiento, sino también la densidad de las ondas. Estos hallazgos pueden implicar que las ondas P durante el sueño REM pueden ayudar a activar estructuras críticas del prosencéfalo y la corteza que se ocupan de la consolidación de la memoria. En un estudio de Hennevin et al. Estudio, 1989, ^{[ 38 ]} la formación reticular mesencefálica (MRF) recibió estimulación eléctrica leve , durante el sueño REM, que se sabe que tiene un efecto ventajoso para el aprendizaje cuando se aplica después del entrenamiento. Las ratas en el experimento fueron entrenadas para correr un laberinto en busca de una recompensa de comida. Un grupo de ratas recibió estimulaciones eléctricas de la MRF sin despertar después de cada una de sus pruebas en el laberinto en comparación con un grupo de control que no recibió ninguna estimulación eléctrica. Se observó que las ratas estimuladas se desempeñaron significativamente mejor con respecto a la reducción de errores. Estos hallazgos implican que los procesos de memoria dinámica ocurren tanto durante el entrenamiento como durante el sueño posterior al entrenamiento. Otro estudio de Hennevin et al. (1998) ^{[ 39 ]} condicionó a ratas para que temieran un ruido que está asociado con una descarga eléctrica posterior en las patas. La parte interesante del experimento es que la respuesta de miedo al ruido (medida en la amígdala ) se observó cuando el ruido se presentó durante el sueño REM. Esto se comparó con un grupo de ratas pseudocondicionadas que no mostraron la misma activación amigdalina durante el sueño posterior al entrenamiento. Esto sugiere que la respuesta neuronal a estímulos previamente relevantes se mantiene incluso durante el sueño REM. Existe abundante investigación sobre los efectos del sueño REM en el cerebro en funcionamiento, pero la inconsistencia en los hallazgos es un problema recurrente en la investigación reciente. No hay garantías sobre las funciones que el sueño REM desempeña en nuestro cuerpo y cerebro, pero la investigación moderna se expande constantemente e incorpora nuevas ideas para profundizar nuestra comprensión de estos procesos.

Privación del sueño REM y factores neurotróficos

Los efectos de la privación del sueño REM (RSD) en los factores neurotróficos, específicamente el factor de crecimiento nervioso (NGF) y el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), fueron evaluados en 2000 por Sie et al. Las neurotrofinas son proteínas que se encuentran en el cerebro y la periferia que ayudan en la supervivencia, el funcionamiento y la generación de neuronas ; este es un elemento importante en el proceso de plasticidad sináptica , la base neuroquímica subyacente en la formación de recuerdos. ^{[ 44 ]} Sei et al., insertaron electrodos en los cráneos de siete pares de ratas para medir el electroencefalograma (EEG), e insertaron cables en los músculos del cuello de las ratas para medir el electromiograma (EMG), una técnica utilizada para medir la cantidad de actividad muscular. La mitad de las ratas experimentó un período de privación del sueño REM de seis horas, mientras que la otra mitad experimentó un período de sueño de seis horas, que contenía todos los ciclos de sueño. Los resultados mostraron que las ratas del grupo de privación de sueño REM experimentaron niveles disminuidos del factor neurotrófico derivado del cerebro en el cerebelo (coordinación, aprendizaje motor) y el tronco encefálico (vía ascendente sensorial y motora); por el contrario, el hipocampo (memoria a largo plazo, navegación espacial) mostró disminuciones en los niveles del factor de crecimiento nervioso. Se ha demostrado que la proteína BDNF es necesaria para el aprendizaje procedimental (forma de memoria no declarativa). Dado que el aprendizaje procedimental también ha mostrado consolidación y mejora durante el sueño REM, se propone que el deterioro de las tareas de aprendizaje procedimental se debe a la falta de proteínas BDNF en el cerebelo y el tronco encefálico durante la privación de sueño REM. ^{[ 44 ]} Con respecto al NGF, el prosencéfalo basal (producción y distribución de AcH en el cerebro), más específicamente el área septal medial, envía neurotransmisores colinérgicos (excitatorios en el hipocampo) y GABAérgicos (inhibitorios) a través de fibras a las células diana del hipocampo. Estas células diana secretan NGF, que desempeña un papel fundamental en el estado fisiológico del hipocampo y sus funciones. Se ha observado que el sueño REM aumenta la secreción de NGF; por lo tanto, se ha propuesto que durante el sueño REM la actividad colinérgica disminuye, lo que conlleva una disminución del NGF y un deterioro del aprendizaje procedimental. ^{[ 44 ]}

Walker y Stickgold plantearon la hipótesis de que, tras la adquisición inicial de la memoria, el sueño reorganiza la representación de la memoria a nivel de los sistemas macrocerebrales. ^{[ 1 ]} Su experimento consistió en dos grupos: al grupo de sueño nocturno se le enseñó una tarea de golpeteo de bloques de secuencia motora durante la noche, se le puso a dormir y se le volvió a evaluar 12 horas después. Al grupo de vigilia diurna se le enseñó la misma tarea por la mañana y se le evaluó 12 horas después sin haber dormido. Se utilizó resonancia magnética funcional (RMf) para medir la actividad cerebral durante la reevaluación. Los resultados indicaron significativamente menos errores por secuencia en el grupo de sueño nocturno en comparación con el grupo de vigilia diurna. La salida de la resonancia magnética funcional (RMf) para el grupo de sueño nocturno indicó una mayor activación en la corteza motora primaria derecha/M1/giro prefrontal (contralateral a la mano con la que golpeaban el bloque), lóbulo prefrontal medial anterior derecho, hipocampo derecho (memoria a largo plazo, memoria espacial), estriado ventral derecho ( tubérculo olfatorio , núcleo accumbens ), así como regiones del cerebelo (lóbulos V1, V11). En el grupo de vigilia diurna, la RMf mostró una activación de señal "disminuida" bilateralmente en las cortezas parietales (integra múltiples modalidades), además de la corteza insular izquierda (regulación de la homeostasis), polo temporal izquierdo (más anterior de la corteza temporal) y la corteza frontopolar inferior izquierda. ^{[ 1 ]} Investigaciones previas han demostrado que los aumentos de señal indican plasticidad cerebral. La mayor actividad de señal observada en M1 después del sueño corresponde a una mayor actividad en esta área observada durante la práctica; Sin embargo, un individuo debe practicar durante períodos más prolongados que los que necesitaría para dormir, a fin de obtener el mismo nivel de aumento de la señal M1. Por lo tanto, se sugiere que el sueño mejora la representación cortical de las tareas motoras mediante la expansión del sistema cerebral, como se observa en el aumento de la actividad de la señal. ^{[ 1 ]}

Considerada un espacio de trabajo mental que permite el almacenamiento y la recuperación temporal de información, la memoria de trabajo es crucial para la resolución de problemas y el análisis de diferentes situaciones. La capacidad de la memoria de trabajo es una medida del número de funciones de procesamiento mental que una persona puede realizar consecutivamente. Los aumentos en la capacidad de la memoria de trabajo se pueden lograr con una estrategia conocida como agrupamiento . Aritake et al. ^{[ 45 ]} realizaron un experimento de golpeteo de secuencias de dedos en el que se mostraron a los sujetos puntos de colores en secuencia en un monitor que correspondían a los botones de su teclado. Cuando se mostraba un color, el sujeto tenía que reaccionar presionando el color correcto en el teclado. Los sujetos se dividieron en tres grupos. El grupo uno entrenó continuamente sin períodos de sueño. El grupo dos fue entrenado y reevaluado durante diez horas de vigilia seguidas de ocho horas de sueño y la prueba final. El tercer grupo fue entrenado a las diez de la noche, seguido de ocho horas de sueño. Este grupo fue evaluado a la mañana siguiente y nuevamente más tarde ese mismo día. Los resultados mostraron que la vigilia fue un predictor insignificante de la mejora del rendimiento, a menos que fuera seguida de un período de sueño. Los grupos a los que se les permitió un período de sueño posterior al entrenamiento, independientemente de su duración con respecto al entrenamiento, experimentaron mejoras en el aprendizaje de las secuencias de golpeteo de dedos. La capacidad inicial de memoria de trabajo de los grupos fue de tres a cuatro unidades en promedio. En los grupos dos y tres, la capacidad de memoria de trabajo aumentó a un promedio de 5 a 6 unidades. Se propuso que las mejoras dependientes del sueño podrían contribuir a una mejora general en la capacidad de memoria de trabajo, lo que a su vez mejoraría la inteligencia fluida .

Los cambios en la cantidad de un neurotransmisor determinado, así como la forma en que la terminal postsináptica responde a este cambio, son mecanismos subyacentes de la plasticidad cerebral. ^{[ 40 ]} Durante el sueño se producen cambios notables en los neurotransmisores moduladores en todo el cerebro. La acetilcolina es un neurotransmisor excitador que se observa que aumenta hasta niveles cercanos a los de la vigilia durante el sueño REM, en comparación con niveles más bajos durante el sueño de ondas lentas. ^{[ 49 ]} La evidencia ha demostrado que el funcionamiento del sistema de memoria dependiente del hipocampo ( memoria episódica y memoria autobiográfica ) se ve directamente afectado por los cambios colinérgicos a lo largo del ciclo sueño-vigilia. Los altos niveles de ACh promoverían que la información obtenida durante la vigilia se almacene en el hipocampo. Esto se logra suprimiendo las conexiones excitadoras previas mientras se facilita la codificación sin interferencia de la información previamente almacenada. Durante el sueño NREM , y especialmente el sueño de ondas lentas , los bajos niveles de Ach causarían la liberación de esta supresión y permitirían la recuperación espontánea de las neuronas del hipocampo, lo que resultaría en la facilitación de la consolidación de la memoria . ^{[ 50 ]}

Recientemente, se han descubierto aproximadamente cien genes cuya expresión cerebral aumenta durante los periodos de sueño. ^{[ 51 ]} Se encontró un número similar de genes que promueven la expresión génica durante la vigilia. Estos conjuntos de genes están relacionados con diferentes grupos funcionales que pueden promover diferentes procesos celulares. Los genes expresados ​​durante la vigilia pueden desempeñar numerosas funciones, incluyendo la asignación de energía, la neurotransmisión excitatoria sináptica, la alta actividad transcripcional y la potenciación sináptica en el aprendizaje de nueva información. Hubo un aumento relacionado con el sueño en procesos que involucran la síntesis y el mantenimiento de la sinapsis. Dichos procesos incluyen el tráfico de membrana , el reciclaje de vesículas sinápticas , la formación de proteínas estructurales de mielina y la síntesis de colesterol y proteínas . En otro estudio se encontró que hubo un aumento relacionado con el sueño en la proteína quinasa IV dependiente de calmodulina que ha estado involucrada específicamente en la depresión sináptica y en la consolidación de la memoria a largo plazo . ^{[ 52 ]} Estos hallazgos fomentan una asociación entre el sueño y diferentes aspectos de la plasticidad neuronal. ^{[ 51 ]}

El sueño también desempeña un papel en la consolidación de la memoria mediante cambios en la actividad cerebral a nivel sináptico. La hipótesis de la homeostasis sináptica sugiere que el aprendizaje durante la consciencia induce un fortalecimiento sináptico completo, mientras que el sueño NREM de ondas lentas (sin movimientos oculares rápidos) restablece la fuerza sináptica. Esta reducción puede estabilizar la huella de memoria esencial y restaurar la capacidad del cerebro para el aprendizaje y la información entrantes ^{[ 53 ].}

Las grabaciones de experimentos previos demuestran que el sueño reorganiza y reestructura las secuencias de disparo neuronal y la potencia sináptica en el hipocampo. Durante el sueño, las neuronas hipocampales modifican sus patrones de disparo y ajustan la fuerza sináptica de manera que favorecen la consolidación y síntesis de nueva información. ^{[ 54 ]}

Walker y Stickgold (2005) analizaron el impacto de las siestas diurnas. ^{[ 55 ]} Al grupo experimental se le dio una siesta de 60 a 90 minutos por la tarde (un ciclo completo), después de una tarea de habilidades motoras aprendida esa mañana, mientras que el grupo de control no recibió siesta. El grupo que tomó la siesta mejoró un 16% al ser evaluado después de la misma, mientras que el grupo que no tomó la siesta no mostró mejoras significativas. Sin embargo, todo pareció equilibrarse después del sueño de esa misma noche; el grupo que no tomó la siesta mejoró un 24% y el grupo que tomó la siesta mejoró solo un 7% más, para un total del 23%, prácticamente idéntico. Con respecto al aprendizaje de habilidades motoras, las siestas parecen solo acelerar la mejora de la habilidad, no aumentar la cantidad de mejora. ^{[ 55 ]}

Al igual que el aprendizaje de habilidades motoras, el aprendizaje de habilidades visuales aumentó después de una siesta diurna. Los investigadores Mednick y sus colegas demostraron que si una tarea de habilidades visuales (tarea de búsqueda) se enseña por la mañana y se evalúa repetidamente durante el día, los individuos empeorarán en la tarea. Los individuos a quienes se les permitió una siesta de 30 a 60 minutos parecieron estabilizar la habilidad, ya que no se produjo deterioro. Si se les permitió una siesta de 60 a 90 minutos ( sueño REM y sueño de ondas lentas ), los individuos mostraron una mejora. A diferencia de la tarea motora, la mejora no se suprimió durante el sueño nocturno si el individuo había dormido la siesta antes. En el caso del aprendizaje de habilidades visuales, se ha demostrado que las siestas previenen el deterioro durante la vigilia e incluso mejoran el aprendizaje más allá de la mejora que ocurre durante el sueño nocturno. ^{[ 56 ]}

Se sabe que los trabajadores por turnos que trabajan durante la noche tienen muchos más accidentes que los trabajadores diurnos. ^{[ 57 ]} Esto puede atribuirse a varios factores, incluyendo menos personal y fatiga; sin embargo, parte del problema puede ser la mala memoria de trabajo y las malas habilidades de desempeño de los trabajadores debido a una mala consolidación de la memoria . Tanto las tareas aprendidas implícitamente como las aprendidas explícitamente mejoran aproximadamente un 20% después de una noche completa de sueño. ^{[ 16 ]} Sin una noche de sueño adecuada entre el aprendizaje de una nueva tarea y su ejecución, el rendimiento no mejora. ^{[ 16 ]} Los trabajadores por turnos que no reciben una cantidad adecuada de sueño, particularmente en la etapa NREM , entre el aprendizaje y la ejecución de una tarea no rendirán tan bien como los trabajadores que mantienen una rutina de sueño estándar. ^{[ 57 ]}

La correlación positiva entre el sueño y la memoria se rompe con el envejecimiento. En general, los adultos mayores sufren una disminución de la eficiencia del sueño. ^{[ 59 ]} La cantidad de tiempo y densidad del sueño REM y del sueño de ondas lentas (SOL) disminuye con la edad. ^{[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]} En consecuencia, es común que los ancianos no experimenten un aumento de la memoria después de un período de descanso. ^{[ 63 ]} Con la edad, el sueño parece perder sus beneficios cognitivos. Los adultos jóvenes, alrededor de 19 y 20 años, muestran una fuerte correlación positiva entre el SOL y la retención de la memoria, pero los adultos mayores, alrededor de 70 y 71 años, no muestran una correlación positiva entre el SOL y la memoria. ^{[ 64 ]} Además, los adultos mayores demostraron una correlación negativa entre el SOL y el nuevo aprendizaje. Los adultos mayores muestran una menor activación en el hipocampo durante el SOL, lo que debilita la consolidación de la memoria. ^{[ 65 ]}

Para combatir esto, se ha probado donepezilo en pacientes ancianos sanos, donde se demostró que aumenta el tiempo de sueño REM y mejora la recuperación de la memoria al día siguiente. ^{[ 66 ]} Se demostró que donepezilo potencia la actividad colinérgica, aumentando la densidad REM (más movimiento ocular y entrada más rápida al sueño REM) y favoreciendo la consolidación de la memoria durante la noche. ^{[ 67 ]}

A partir de los 50 años, la calidad del sueño comienza a afectar el funcionamiento cerebral. La mala calidad del sueño se ha relacionado con una disminución de las funciones cognitivas, como las habilidades ejecutivas; el mayor deterioro se observa alrededor de los 62 años. ^{[ 68 ]} La cognición cristalizada y las habilidades relacionadas con el lenguaje y el conocimiento acumulado muestran sensibilidad a la calidad del sueño entre los 66 y los 70 años, lo que sugiere un período crítico entre los 50 y los 70 años. ^{[ 69 ]}

Se cree que la enfermedad de Alzheimer es causada por la acumulación anormal de proteínas alrededor de las células cerebrales que alteran la actividad de los neurotransmisores. ^{[ 70 ]} Los pacientes con enfermedad de Alzheimer experimentan más trastornos del sueño que los ancianos sanos. Los estudios han demostrado que en los pacientes con enfermedad de Alzheimer hay una disminución de los husos rápidos. También se ha informado que la densidad de husos la noche anterior a una prueba de memoria se correlaciona positivamente con la precisión en una tarea de recuerdo inmediato. ^{[ 60 ]} También se ha informado una correlación positiva entre el tiempo dedicado al sueño de ondas lentas (SWS) y el recuerdo de la memoria autobiográfica del día siguiente en pacientes con Alzheimer. ^{[ 71 ]}