El tamaño de la pupila mientras soñamos revela secretos de los recuerdos

Dormir es mucho más que un simple descanso para el cuerpo; es un proceso esencial para el cerebro, donde se organizan, consolidan y protegen nuestros recuerdos. Aunque sabemos que el sueño desempeña un papel clave en la memoria, nuevos descubrimientos han revelado un detalle fascinante: el tamaño de nuestras pupilas durante el sueño podría ser la clave para entender cómo procesamos y preservamos recuerdos nuevos y antiguos. Este hallazgo abre una ventana a los misterios del cerebro mientras dormimos, y promete transformar nuestra comprensión de cómo aprendemos y recordamos.

Un estudio reciente publicado en Nature llevado a cabo en ratones por investigadores de la Universidad de Cornell, liderados por los profesores Azahara Oliva y Antonio Fernández-Ruiz, han descubierto que la contracción y dilatación de la pupila durante una subfase del sueño no REM se correlaciona con la consolidación de recuerdos nuevos y antiguos, respectivamente.

Durante el experimento, los ratones fueron equipados con electrodos cerebrales y diminutas cámaras para rastrear la dinámica de sus pupilas mientras dormían. Los resultados mostraron que cuando la pupila se contrae durante el sueño no REM, el cerebro está consolidando recuerdos recientes. Por el contrario, cuando la pupila se dilata, el cerebro repasa recuerdos más antiguos.

Este hallazgo sugiere que el cerebro posee una microestructura del sueño previamente desconocida que le permite separar estas dos subetapas del sueño, la consolidación de recuerdos nuevos y antiguos, evitando así lo que se conoce como el "olvido catastrófico", donde la consolidación de un recuerdo podría borrar otro.

La investigación también destaca que la estructura temporal del sueño en ratones es más compleja y similar a las etapas del sueño humano de lo que se pensaba anteriormente. Estos hallazgos podrían conducir a un perfeccionamiento de las técnicas de mejora de la memoria en humanos y podrían ayudar a los científicos informáticos a entrenar redes neuronales artificiales para que sean más eficientes.  

Secretos escondidos en las pupilas de los ratones

Aunque se conoce ampliamente la conexión entre el sueño y la memoria, los mecanismos neuronales que respaldan esta interacción aún no están completamente claros. Los estudios que intentan desentrañar este proceso suelen seguir dos enfoques principales: mejorar la retención de memoria en humanos durante el sueño o realizar investigaciones celulares mecanicistas en roedores dormidos. Sin embargo, integrar estas dos áreas de estudio ha sido un desafío debido a las marcadas diferencias entre ambas especies. Tradicionalmente, se ha asumido que el sueño de los roedores es simple y consta de dos fases principales: el sueño REM, asociado con los sueños, y el sueño no REM de ondas lentas. En cambio, el sueño humano de ondas lentas es mucho más complejo, compuesto por cuatro etapas, siendo la más profunda aquella en la que se cree que el cerebro selecciona y organiza recuerdos.

En su laboratorio conjunto, Oliva y Fernández-Ruiz combinaron su experiencia en comportamiento animal, desarrollo tecnológico y análisis computacional para explorar qué sucede en las pupilas de un ratón dormido y en sus neuronas durante el sueño.

A lo largo de un mes, se enseñó a un grupo de ratones a realizar diversas tareas, como recoger agua o galletas como recompensa en un laberinto. Luego, se les colocaron electrodos cerebrales y pequeñas cámaras espía que colgaban frente a sus ojos para seguir la dinámica de sus pupilas. Un día, los ratones aprendieron una nueva tarea y, cuando se quedaron dormidos, los electrodos capturaron su actividad neuronal y las cámaras registraron los cambios en sus pupilas.

"El sueño no REM es cuando se produce la consolidación de la memoria, y estos momentos son períodos de tiempo muy, muy cortos, indetectables para los humanos, como 100 milisegundos", dijo Oliva. "¿Cómo distribuye el cerebro estos análisis de memoria que son muy rápidos y muy cortos a lo largo de toda la noche? ¿Y cómo separa eso el nuevo conocimiento que llega, de manera que no interfiera con el conocimiento antiguo que ya tenemos en nuestras mentes?" 

Las grabaciones mostraron que la estructura temporal de los ratones dormidos es más variada y más parecida a las fases del sueño en humanos de lo que se creía anteriormente. Al interrumpir el sueño de los ratones en diferentes momentos y comprobar posteriormente lo bien que recordaban las tareas aprendidas, los investigadores pudieron analizar los procesos.

Cuando un ratón entra en una subfase del sueño no REM, su pupila se encoge y es en ese momento cuando las tareas recientemente aprendidas (es decir, los nuevos recuerdos) se reactivan y consolidan, mientras que los conocimientos previos no. Por el contrario, los recuerdos más antiguos se reproducen e integran cuando la pupila está dilatada.

"Es como un nuevo aprendizaje, un conocimiento antiguo, un nuevo aprendizaje, un conocimiento antiguo, y eso fluctúa lentamente a lo largo del sueño", dijo Oliva. "Estamos proponiendo que el cerebro tiene una escala de tiempo intermedia que separa el nuevo aprendizaje del conocimiento antiguo".

El hecho de que el seguimiento de las pupilas durante el sueño sea un procedimiento no invasivo abre aplicaciones para futuros estudios en humanos, dijo Oliva, y podría ser particularmente beneficioso para las personas que tienen déficits de memoria asociados con problemas de salud mental, abriendo nuevas vías para explorar cómo el sueño contribuye a la salud cognitiva y cómo intervenciones específicas durante el sueño podrían mejorar la retención y organización de la memoria.

“El cerebro puede recordar muchas cosas con un número relativamente pequeño de neuronas, y no se entiende cómo sucede eso. ¿Cómo puede el cerebro lograr semejante hazaña de memoria y habilidades cognitivas con tan pocos recursos en comparación con ChatGPT, que consume cientos de miles de veces más energía para realizar cualquier tarea?”, se pregunta Fernández-Ruiz. “Esta forma de dividir, en el tiempo, dos funciones clave de la memoria es lo que subyace al enorme alcance de los cerebros biológicos para tener capacidades de memoria tan asombrosas con recursos relativamente bajos. Esto proporciona una nueva oportunidad para entrenar redes neuronales artificiales para que sean más eficientes, tal vez, al ser más similares a cómo funcionan los cerebros reales”.

La investigación continúa para determinar cómo estos patrones de actividad pupilar y cerebral durante el sueño pueden ser modulados para potenciar la consolidación de la memoria y qué implicaciones tienen para diversos campos, desde la neurociencia hasta la inteligencia artificial.

Fuente: Universidad Cornell