Como o sono reescreve o cérebro para fortalecer e otimizar as memórias

Neuroscience·25 de março de 2025

114-2025

Resumo: Um novo estudo revela como o cérebro reprocessa e refina memórias durante o sono, particularmente aquelas relacionadas ao aprendizado espacial. Pesquisadores rastrearam a atividade dos neurônios do hipocampo de ratos por até 20 horas e descobriram que os padrões de memória primeiro ecoavam a fase de aprendizado e então gradualmente mudavam para corresponder à fase de recordação ao acordar.

Essa reorganização, observada durante o sono não-REM, envolveu uma mudança dinâmica nos neurônios que representam os locais de recompensa — alguns pararam de disparar enquanto outros se tornaram ativos. Essas mudanças não apenas reforçaram a memória, mas também podem liberar neurônios para armazenar novas informações.

Principais fatos:

• Papel do sono não REM: a reativação e a otimização da memória ocorreram durante o sono não REM, enquanto o sono REM pareceu neutralizar esse efeito.

• Desvio representacional: a atividade neuronal mudou da imitação da fase de aprendizagem para a fase de recordação, ajudando a refinar o armazenamento da memória.

• Eficiência neural: após o sono, menos neurônios estavam envolvidos na recordação de locais de recompensa, sugerindo uma otimização da representação da memória.

Fonte: IST

Uma boa noite de sono nos ajuda a lembrar informações recentemente aprendidas, 'gravando' nossas memórias. Isso também é verdade para os animais, pois lembrar, por exemplo, a localização de recursos alimentares é essencial para sua sobrevivência.

Cientistas podem examinar esse papel do sono no laboratório treinando camundongos ou ratos de laboratório sobre seu ambiente usando várias tarefas de memória. Em tais experimentos projetados para aprendizado espacial, os animais devem aprender e subsequentemente lembrar a localização das recompensas alimentares em labirintos.

Apesar da extensa pesquisa voltada para a compreensão dos mecanismos neuronais que favorecem o aprendizado, a formação da memória e a recordação, muitas questões sobre essas funções cerebrais essenciais permanecem sem resposta.

Agora, pesquisadores do grupo do professor Jozsef Csicsvari no Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA) investigaram os principais papéis dos estágios do sono na otimização da recordação da memória.

Eles mediram sem fio os padrões de atividade neuronal em cérebros de ratos por até 20 horas de sono, estendendo consideravelmente os tempos de medição relatados anteriormente.

“Mostramos que as montagens neuronais nos estágios iniciais do sono refletem memórias espaciais recentemente aprendidas. No entanto, conforme o sono progride, os padrões de atividade neuronal gradualmente se transformam naqueles vistos mais tarde, quando os ratos acordam e lembram os locais de suas recompensas alimentares”, diz Csicsvari.

Mapeando — e lembrando — locais de recompensa

Trabalhos anteriores mostraram que uma área cortical do cérebro chamada hipocampo é importante tanto para explorar e manter rotas em um ambiente (chamada de navegação espacial) quanto para o aprendizado espacial.

Os neurônios do hipocampo rastreiam a localização do animal disparando em locais específicos, formando assim um mapa cognitivo do ambiente. Os animais usam esse mapa para navegar no espaço enquanto o atualizam durante o aprendizado.

Nesse processo, os locais de recompensa desempenham um papel fundamental, tornando-se desproporcionalmente representados no mapa cognitivo dos animais.

Após o aprendizado espacial, o hipocampo desempenha um papel importante na melhoria da memória durante o sono.

Ele faz isso reativando traços de memória recentemente aprendidos. Anteriormente, o grupo Csicsvari mostrou que quanto mais frequentemente um local de recompensa específico é reativado durante o sono, melhor o animal se lembra daquele local quando acorda.

Por outro lado, quando a equipe bloqueou a reativação de uma memória de recompensa específica, os animais não conseguiram se lembrar da respectiva localização.

Reorganizar padrões neuronais durante o sono grava memórias

Enquanto os cientistas até agora só conseguiam examinar a reativação de memórias espaciais em períodos mais curtos de sono de duas a quatro horas, a equipe agora conseguiu tais experimentos durante um longo sono noturno. Usando gravações sem fio, eles monitoraram a atividade neuronal no hipocampo por até 20 horas enquanto os ratos descansavam e dormiam após um paradigma de aprendizagem espacial.

“Nossas descobertas foram inesperadas. Mostramos que os padrões de atividade dos neurônios ligados aos locais de recompensa se reorganizaram durante o sono longo”, diz o graduado em doutorado do ISTA Lars Bollmann, um dos coautores do estudo.

De fato, quando um determinado local de recompensa era reativado, nem todos os neurônios que representavam aquele local permaneciam ativos durante todo o sono.

Enquanto alguns o faziam — os pesquisadores do ISTA os chamavam de “subgrupo estável” —, outros paravam de disparar durante estágios posteriores do sono. Mas, ao mesmo tempo, um novo grupo de neurônios começou a disparar gradualmente.

“O mais surpreendente é que mostramos que, embora o padrão de disparo de neurônios nos estágios iniciais do sono ecoasse a atividade neuronal na fase de aprendizagem, esse padrão evoluiu posteriormente para espelhar a atividade neuronal quando os ratos acordavam e se lembravam de onde as recompensas estavam localizadas”, acrescenta Bollmann.

Assim, a equipe não apenas observou um desvio nos padrões de atividade neuronal durante o sono no contexto do aprendizado espacial, mas também o vinculou ao processo de reativação da memória.

Assim, eles lançam luz sobre como o sono ajuda a manter as memórias frescas. Além disso, eles mostraram que essa reorganização acontece durante o sono não-rápido dos olhos (não-REM), enquanto o sono REM a neutraliza.

Liberando neurônios para novas memórias?

Qual poderia ser o papel desse fenômeno — chamado de “deriva representacional” — que ocorre no sono?

“Só podemos especular a esse respeito”, diz Csicsvari.

“É possível que representações de memória devam ser formadas rapidamente durante o aprendizado, mas que tais representações não sejam ótimas para armazenamento de longo prazo. Portanto, um processo pode ocorrer no sono que otimiza essas representações no sono para reduzir os recursos cerebrais para armazenar uma memória específica.”

Em apoio a essa hipótese, os pesquisadores observaram que menos neurônios estavam ligados a um determinado local de recompensa após o sono do que antes. Portanto, alguns neurônios são liberados para absorver memórias mais novas.

“Quaisquer novas memórias devem encontrar uma maneira de serem integradas ao conhecimento existente. Repetições frequentes das novas memórias, bem como mudanças parciais no código neuronal, podem, portanto, ajudar a otimizar sua integração em representações de memória existentes”, conclui Csicsvari.

A presente pesquisa foi conduzida no Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA) pelo recém-formado em doutorado do ISTA, Lars Bollmann, e pelo ex-pós-doutorado do ISTA, Peter Baracskay (co-primeiros autores), juntamente com o ex-pós-doutorado do ISTA, Federico Stella, atualmente professor assistente na Universidade Radboud, Instituto Donders para o Cérebro, Holanda, e o professor do ISTA, Jozsef Csicsvari (co-autores correspondentes).

Sobre esta notícia sobre pesquisa de sono e memória

Autor: Andreas RotheFonte: ISTContato: Andreas Rothe – ISTImagem: A imagem é creditada ao Neuroscience News

Pesquisa original: acesso aberto.“ Os estágios do sono modulam antagonisticamente a deriva da reativação ” por Jozsef Csicsvari et al. Neurônio

Resumo

Os estágios do sono modulam antagonisticamente a deriva da reativação

A reativação hipocampal de conjuntos neuronais de vigília durante o sono é um passo inicial fundamental da consolidação de sistemas. No entanto, não está claro se os conjuntos reativados são estáticos ou se eles se reorganizam gradualmente ao longo do sono prolongado.

Nós rastreamos padrões de montagem de CA1 reativados ao longo de aproximadamente 20 horas de períodos de sono/descanso e os relacionamos com montagens observadas antes ou depois em um paradigma de aprendizagem espacial usando ratos.

Descobrimos que os padrões de montagem reativados foram gradualmente transformados e começaram a se assemelhar aos observados na sessão de recordação subsequente.

Períodos de sono de movimento rápido dos olhos (REM) e não-REM (NREM) tiveram papéis antagônicos: enquanto o NREM acelerou o desvio de montagem, o REM o neutralizou.

Além disso, apenas um subconjunto de células piramidais com taxa de variação contribuiu para a deriva, enquanto células com taxa de disparo estável mantiveram padrões de reativação inalterados.

Nossos dados sugerem que o sono prolongado promove a reorganização espontânea de conjuntos espaciais, o que pode contribuir para mudanças diárias no mapa cognitivo ou para codificar novas situações de aprendizagem.