Una nuova ricerca guidata da Rice University e Università del Michigan (Usa) ha scoperto che durante il sonno alcuni neuroni non solo riproducono il passato recente, ma anticipano anche l’esperienza futura. Non sono sogni premonitori, ma comunque dei tentativi di immaginazione molto affascinanti
Sogni premonitori? Non proprio ma comunque tentativi di immaginare il futuro: il nostro cervello non elabora solo ricordi, prova davvero, durante il sonno, di “predire” ciò che ci aspetta. Una nuova ricerca guidata da Rice University e Università del Michigan (Usa) ha scoperto che durante il sonno alcuni neuroni non solo riproducono il passato recente, ma anticipano anche l’esperienza futura.
I ricercatori, in particolare, hanno studiato il processo attraverso il quale questi neuroni specializzati producono una rappresentazione del mondo dopo una nuova esperienza, tracciando un modello di attivazione neuronale noto per svolgere un ruolo nel consolidamento di nuovi ricordi.
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 anziché dopo un periodo di veglia o addirittura di privazione del sonno.
E c’è molto di più.
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 – spiega Caleb Kemere, coautore dello studio – 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
L’innovazione chiave dello studio si è rivelato lo sviluppo di un approccio statistico di apprendimento automatico per mappare una stima di dove “il cervello” sognava di essere. In altre parole gli scienziati sono riusciti a “disegnare” le preferenze dei neuroni anche senza uno stimolo diretto. Un passo avanti enorme per le neuroscienze.
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, non finiva qui.
I ricercatori sono infatti riusciti ad “osservare direttamente” come la neuroplasticità, ovvero la capacità dei neuroni formare nuove rappresentazioni, avviene anche durante il sonno, quando gli stimoli rilevanti sono assenti.
Sembra che la plasticità del cervello richieda tempi molto rapidi, 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, i quali risultano super compressi
Lo studio dimostra i 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.
La ricerca è stata supportata dal National Institutes of Health ed è stata pubblicata su Nature.
Fonti: Rice University / Nature
FONTE: Greenme (Roberta de Carolis)
(ENGLISH VERSION)
New research led by Rice University and the University of Michigan (USA) has discovered that during sleep some neurons not only reproduce the recent past, but also anticipate future experience. They are not premonitory dreams, but nevertheless very fascinating attempts at imagination
Premonitory dreams? Not really but still attempts to imagine the future: our brain doesn’t just process memories, it really tries, during sleep, to “predict” what awaits us. New research led by Rice University and the University of Michigan (USA) has discovered that during sleep some neurons not only reproduce the recent past, but also anticipate future experience.
The researchers, in particular, studied the process by which these specialized neurons produce a representation of the world after a new experience, tracing a pattern of neuronal activation known to play a role in the consolidation of new memories.
Sleep is critical for memory and learning: Science has quantified this ancient intuition by measuring performance on memory tests after a nap rather than after a period of wakefulness or even sleep deprivation.
And there’s much more.
We imagined that some neurons could change their representations, reflecting the experience we all have had of waking up with a new understanding of a problem – explains Caleb Kemere, co-author of the study – Demonstrating this, however, required monitoring how individual neurons achieve spatial tuning, which is the process by which the brain learns to navigate a new path or environment
brain processing future in sleep
The study’s key innovation turned out to be the development of a statistical machine learning approach to map an estimate of where “the brain” dreamed of being. In other words, scientists managed to “draw” the preferences of neurons even without a direct stimulus. A huge step forward for neuroscience.
The method confirmed that the spatial representations formed during the experience of a new environment are, for the majority of neurons, stable for several hours of post-experience sleep.
But, as the researchers had predicted, it didn’t end there.
The researchers were in fact able to “directly observe” how neuroplasticity, or the ability of neurons to form new representations, also occurs during sleep, when the relevant stimuli are absent.
It seems that the plasticity of the brain requires very rapid times, underlining the fascinating relationship between the duration of real experience, which can span seconds, minutes but also hours or days, and real memories, which are super compressed.
The study demonstrates the advances in neuroscience enabled in recent decades by technological progress in the design of stable, high-resolution neural probes, as well as the computing power supported by machine learning.
The research was supported by the National Institutes of Health and was published in Nature.
Fonti: Rice University / Nature
FONTE: Greenme (Roberta de Carolis)
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