Ricordi, così si immagazzinano nella nostra memoria durante la notte

 

 

Durante il sonno, una regione del cervello  insegna a un’altra, convertendo nuovi dati in ricordi duraturi.

 

 

Che ruolo giocano le fasi del sonno nella formazione dei ricordi? “Sappiamo da molto tempo che l’apprendimento utile avviene durante il sonno”, afferma la neuroscienziata dell’Università della Pennsylvania Anna Schapiro.

“Codifichi nuove esperienze mentre sei sveglio, vai a dormire, e quando ti svegli la tua memoria è stata in qualche modo trasformata.”

Tuttavia, il modo preciso in cui le nuove esperienze vengono elaborate durante il sonno è rimasto per lo più un mistero.

Utilizzando un modello computazionale di rete neurale che hanno costruito, Schapiro, lo studente di dottorato della Penn Dhairyya Singh e Kenneth Norman della Princeton University ora hanno nuove informazioni sul processo.

In una ricerca pubblicata su Proceeding of National Academy of Sciences, mostrano che mentre il cervello attraversa il sonno REM, che avviene circa cinque volte a notte, l’ippocampo insegna alla neocorteccia ciò che ha imparato, trasformando nuove informazioni fugaci in memoria duratura.

“Questo non è solo un modello di apprendimento nei circuiti locali nel cervello. È come una regione del cervello può insegnare un’altra regione del cervello durante il sonno, un momento in cui non c’è guida dal mondo esterno “, afferma Schapiro, assistente professore nel Dipartimento di Psicologia della Penn. “È anche una proposta su come impariamo con grazia nel tempo mentre il nostro ambiente cambia”.

In generale, Schapiro studia l’apprendimento e la memoria negli esseri umani, in particolare come le persone acquisiscono e consolidano nuove informazioni.

Ha pensato a lungo che il sonno abbia avuto un ruolo qui, qualcosa che lei e il suo team hanno testato in un laboratorio, registrando ciò che accade nel cervello mentre i partecipanti dormono.

Il suo team costruisce anche modelli di reti neurali per simulare le funzioni di apprendimento e memoria. Per questo lavoro in particolare, Schapiro e colleghi hanno costruito un modello di rete neurale composto da un ippocampo, il centro del cervello per i nuovi ricordi, incaricato di apprendere le informazioni quotidiane ed episodiche del mondo e la neocorteccia, responsabile di aspetti come il linguaggio, la cognizione di livello superiore e la memoria più permanente.

Durante il sonno simulato, i ricercatori possono guardare e registrare quali neuroni simulati si attivano quando si trovano in queste due aree, quindi analizzare quei modelli di attività.

Il team ha eseguito diverse simulazioni del sonno utilizzando un algoritmo di apprendimento ispirato al cervello che hanno costruito.

Le simulazioni hanno rivelato che durante il sonno ad onde lente, il cervello rivisita principalmente incidenti e dati recenti, guidato dall’ippocampo, e durante il sonno REM, per lo più ripete ciò che è accaduto in precedenza, guidato dalla memorizzazione della memoria nelle regioni neocorticali.

“Poiché le due regioni del cervello si collegano durante il sonno non-REM, è allora che l’ippocampo sta effettivamente insegnando la neocorteccia”, dice Singh, uno studente di dottorato del secondo anno nel laboratorio di Schapiro. “Quindi, durante la fase REM, la neocorteccia si riattiva e può riprodurre ciò che già sa”, consolidando la conservazione dei dati nella memoria a lungo termine.

Anche l’alternanza tra le due fasi del sonno è importante, dice. “Quando la neocorteccia non ha la possibilità di riprodurre le proprie informazioni, vediamo che le informazioni vengono sovrascritte. Pensiamo che sia necessario avere un sonno REM e non-REM alternato affinché si verifichi una forte formazione della memoria”.

I risultati sono coerenti con ciò che è noto sul campo, anche se alcuni aspetti del modello sono ancora teorici. “Abbiamo ancora bisogno di testarlo”, dice Schapiro.

“Uno dei nostri prossimi passi sarà quello di eseguire esperimenti per capire se il sonno REM sta veramente facendo emergere vecchi ricordi e quali implicazioni potrebbe avere per l’integrazione di nuove informazioni nelle tue conoscenze esistenti”.

A lungo termine, una migliore comprensione del ruolo delle fasi del sonno nella memoria potrebbe aiutare a informare i trattamenti per i disturbi psichiatrici e neurologici per i quali i deficit di sonno sono un sintomo.

Singh dice che potrebbero esserci anche implicazioni per l’apprendimento profondo e l’intelligenza artificiale. “Il nostro algoritmo di ispirazione biologica potrebbe fornire nuove direzioni per un’elaborazione della memoria offline più potente nei sistemi di intelligenza artificiale”, afferma. Questo lavoro proof-of-concept che collega il sonno e la formazione della memoria sposta il campo un passo più vicino a questi obiettivi.