En ratas, eliminar las ondas rápidas o alterar su actividad tras entrenar empeoró el aprendizaje espacial

En ratas, eliminar las ondas rápidas del hipocampo tras entrenar, o alterar la actividad que las acompaña, empeoró el aprendizaje espacial. Son indicios de dos equipos; qué pierden las neuronas sigue abierto, porque dos estudios con ratones no coinciden.

Un laberinto de piedra donde unas rutas brillan con ondas doradas y otras aparecen oscurecidas y agrietadas
Ilustración. No es una imagen del hipocampo. Un laberinto con rutas luminosas y otras apagadas representa la pérdida de las ondas.

Una rata recorre un laberinto, encuentra la comida y después se queda quieta o se duerme. En ese descanso, su hipocampo, una región del cerebro, emite oscilaciones eléctricas muy veloces y muy breves. Son las ondas rápidas, o ripples.

En ratas, eliminar esas ondas tras un entrenamiento de orientación empeoró el rendimiento, y alterar la actividad que las acompaña retrasó el aprendizaje. Lo que pasa mientras tanto en las neuronas está menos claro: dos estudios con ratones no coinciden.

Sirve la imagen de un bizcocho en el horno: abrir la puerta en un momento lo estropea y en otro apenas se nota. En un experimento con conejos y otro con ratas pasó algo parecido. La misma interferencia hizo menos daño, o ninguno, si no iba ligada a la onda. La imagen no dice qué hace la onda con el recuerdo, ni cuánto dura ese momento.

Ficha de la revisión

Pregunta
¿Qué le pasa a un recuerdo si se interrumpen las ondas rápidas del hipocampo durante el descanso?
Qué se ha leído
8 estudios: 4 completos y 4 por su resumen
Organismos
Ratas, ratones y conejos de laboratorio; en un estudio el resumen no indica la especie
Periodo
del año 2009 al año 2019 (los ocho estudios usados)
Cómo se eligieron
Búsqueda en Europe PMC por título y resumen; estudios con datos propios, sin revisiones. De doce localizados, cuatro quedaron fuera por no interrumpir las ondas rápidas; dos de ellos sí medían un recuerdo, y dos son posteriores a 2019.
Tipo
Revisión narrativa. No es sistemática: no agota lo publicado ni combina resultados.

Lo que se puede afirmar hoy

  • Indicios

    En ratas, eliminar las ondas rápidas tras el entrenamiento, o alterar la actividad ligada a ellas en el descanso posterior, empeoró o retrasó el aprendizaje de tareas espaciales.

    Dos equipos con manipulaciones distintas, un solo animal y un solo tipo de tarea; ambos leídos por su resumen. Estudios 1, 2

  • Indicios

    En conejos despiertos y en ratas en descanso, una interferencia ligada a la onda, que no la elimina, perjudicó el aprendizaje más que la misma interferencia sin ligar a ella.

    Un estudio por especie, con manipulaciones y estados distintos (luz en vigilia; estimulación eléctrica en el descanso, que frena ondas y husos un instante): puede no ser el mismo fenómeno. En conejos la diferencia es estadísticamente justa (p=0,043); en ratas no se separa el efecto sobre el sueño. Estudios 4, 5

  • Abierto

    En ratones, silenciar las neuronas durante las ondas del descanso altera la huella que un recinto nuevo deja en el hipocampo.

    Dos estudios no coinciden: uno ve debilitarse parte de los grupos de neuronas del recinto nuevo (no los del conocido) y otro, con tres ratones, mapas y parejas de neuronas sin cambios. Ninguno midió la conducta. Estudios 6, 7

  • Indicios

    Interrumpir las ondas rápidas en vigilia, mientras el animal aprende, perjudicó una tarea de alternancia espacial.

    Un solo estudio, leído por su resumen, que no indica la especie. Estudios 3

  • Indicios

    En ratas, alargar las ondas rápidas mientras aprendían un laberinto mejoró su memoria.

    Un solo estudio, leído por su resumen; no interrumpe las ondas, hace la manipulación opuesta. Estudios 8

  • Abierto

    Las ondas rápidas sirven para pasar el recuerdo del hipocampo a la corteza.

    Es una propuesta de varios autores; ningún estudio leído mide ese paso, y solo uno registra si ondas y husos de la corteza coinciden. Estudios 1, 4, 5, 6

Sólido: lo miden al menos tres equipos independientes, con al menos dos estudios leídos completos, y ningún estudio leído lo contradice. Indicios: lo sostienen uno o dos equipos, o se vio en un solo organismo, tarea o lugar, o los autores reconocen un reparo de método. Abierto: los estudios leídos no coinciden, o ninguno lo ha puesto a prueba.

En ratas, eliminar las ondas o alterar su actividad empeoró el aprendizaje

El experimento más directo entrena a ratas en una tarea de orientación que depende del hipocampo. Después, en el periodo que sigue al entrenamiento, se eliminan las ondas rápidas de forma selectiva. Las ratas tratadas así rindieron peor en la tarea1.

Otro equipo no eliminó las ondas2. Estimuló una vía de entrada al hipocampo y así alteró la actividad de las neuronas que las acompaña. Lo hizo en el descanso tras una de dos tareas espaciales iguales, y esa fue la que las ratas tardaron más en aprender2.

Los autores de ambos trabajos proponen que las ondas ayudan a fijar el recuerdo después de aprender, un proceso llamado consolidación12.

Un estudio con conejos y otro con ratas: interferir al paso de la onda dañó más

En conejos, la tarea no era espacial. Los animales aprendían que un tono anunciaba un soplo de aire en el ojo, y acababan parpadeando al oírlo4. Entre ensayo y ensayo, con el conejo despierto, un destello de luz se encendía cuando se detectaba una onda. Un segundo grupo veía los mismos destellos, sin relación con sus propias ondas. Un tercero no veía ninguno4.

Los conejos sin luz fueron los más rápidos en aprender: cualquier destello retrasaba4. Los más lentos fueron los de la luz ligada a la onda. Su diferencia con el otro grupo con luz pasó por poco el umbral estadístico habitual. El número de ondas fue parecido en ambos, y también la respuesta eléctrica al destello. Al retirar la luz, los dos grupos aprendieron igual. Los autores atribuyen el peor aprendizaje a la actividad que el destello provocaba justo tras la onda4.

En ratas, otro equipo estimuló un núcleo del tronco del encéfalo al detectar una onda, en el descanso tras un laberinto con comida5. Con pulsos de alta frecuencia, las ratas recogieron menos recompensas el último día que las no operadas. Con pulsos de baja frecuencia no hubo efecto. Los de alta frecuencia en momentos al azar tampoco perjudicaron el aprendizaje5.

Los pulsos de alta frecuencia frenaban un instante las ondas del hipocampo y los husos de sueño, también cuando se daban al azar5. Los husos son otro ritmo breve, registrado aquí en la corteza, la capa externa del cerebro. Según los autores, el daño vino de que ondas y husos dejaron de coincidir; admiten otras explicaciones5.

En ratones, dos experimentos parecidos no coinciden sobre las neuronas

Dos equipos usaron ratones modificados para que una luz apague neuronas de su hipocampo67. La encendían al detectar una onda; en uno de los estudios, el detector captó cuatro de cada cinco7. En ambos, el ratón exploraba un recinto, descansaba y volvía a explorarlo. Ninguno de los dos midió la conducta67.

El primero siguió a las neuronas de lugar, que se activan cuando el animal pasa por un punto concreto. Comparó su mapa de actividad antes y después de tres horas de sueño6. El mapa cambió en la misma medida con las ondas bloqueadas que en los días de control6.

El segundo buscó grupos de neuronas que se activaban juntas durante la exploración. Tras una hora de descanso con las ondas silenciadas, esos grupos reaparecieron con menos fuerza7. Ocurrió con el recinto nuevo, no con el conocido. Y solo en dos de cada cinco grupos: los que se habían reforzado poco a poco mientras el ratón exploraba. Con el silencio aplicado al azar, los grupos reaparecieron con más fuerza que tras silenciar en las ondas7.

Comparación

Dos experimentos con ratones, frente a frente

AspectoEstudio 6Estudio 7
Descanso con las ondas bloqueadasTres horas de sueñoUna hora
ControlLa misma luz, retrasada tras cada ondaLa misma luz, en momentos al azar
Qué midieronMapa de cada neurona de lugar y parejas de neuronasGrupos de neuronas que se activan juntas
RecintoNuevo, uno distinto cada díaNuevo o conocido
ResultadoSin diferencia entre bloqueo y controlLos grupos del recinto nuevo reaparecen debilitados
Ninguno de los dos incluyó una prueba de conducta. Datos: los de las fuentes citadas en esta página.

Durante el aprendizaje, un estudio cortó las ondas y otro, con ratas, las alargó

Un equipo interrumpió las ondas en animales despiertos, mientras aprendían una tarea en la que debían alternar entre lugares3. Rindieron peor de principio a fin del entrenamiento3.

Otro equipo hizo lo contrario con ratas que aprendían un laberinto: en vez de cortar las ondas, las alargó con luz8. Los animales recordaron mejor8.

Dos estudios apuntan a que el momento importa; en ratones, dos no coinciden

En ratas y conejos, interferir con las ondas o con la actividad ligada a ellas empeoró el aprendizaje1245. Solo dos contrastaron el momento: la misma interferencia sin ligar a la onda hizo algo menos de daño en conejos4 y ninguno en ratas5.

El primer desacuerdo es sobre qué se pierde. No queda claro si lo necesario es la onda o la actividad que la acompaña. Dos trabajos cortan la onda13. Otros tres no la eliminan y aun así perjudican el aprendizaje245.

El segundo está en los ratones. Un equipo vio cambios en los grupos de neuronas7 y otro no vio ninguno en los mapas6. El que no halló efecto registró a tres ratones y admite que, con más neuronas, quizá habría visto uno pequeño6. También señala que explorar sin reglas puede no exigir lo mismo que una tarea6.

Hay además reparos de método. En el estudio con husos, el reparto de sueño y reposo cambió igual en todos los grupos estimulados, incluido el que no empeoró5. No hubo un registro sin estimulación con el que compararlo5. En el estudio con conejos se excluyó a ocho de treinta y tres animales porque no aprendían4.

Falta unir conducta y neuronas en el mismo animal, y probar el paso a la corteza

Los dos estudios que siguieron a las neuronas durante el descanso no pusieron a prueba ningún recuerdo67. Con ellos no se sabe si un ratón con esos grupos debilitados recuerda peor el recinto.

Varios autores plantean que las ondas sirven para pasar información del hipocampo a la corteza146. Ninguno de los resultados leídos mide ese paso. Lo más cercano es el estudio de ratas que registró si ondas y husos coincidían, y sus autores lo toman como indicio5.

Tampoco se sabe por qué las ondas reactivan recintos conocidos, si silenciarlas ahí no cambió nada. Los autores lo dejan como pregunta7. Casi todo se probó con orientación en el espacio: en los estudios leídos, el aprendizaje no espacial solo aparece en conejos4.

Los estudios

Qué hizo y qué vio cada estudio

N.ºEstudioAnimalesQué hicieronQué vieronLeído
1Girardeau y otros, 2009
Nature Neuroscience
Animalesrata, hipocampoQué hicieronEliminaron las ondas rápidas tras entrenar una tarea espacial que depende del hipocampo.Qué vieronPeor rendimiento en la tarea espacial.resumen
2Ego-Stengel y Wilson, 2010
Hippocampus
Animalesrata, hipocampoQué hicieronEstimularon fibras de entrada al hipocampo en el descanso tras una de dos tareas espaciales.Qué vieronAprendizaje más lento de la tarea seguida de estimulación que de la otra, en las mismas ratas.resumen
3Jadhav y otros, 2012
Science
Animalesespecie no indicada en el resumen; hipocampoQué hicieronCortaron las ondas rápidas con el animal despierto, mientras aprendía una alternancia espacial.Qué vieronPeor aprendizaje y peor rendimiento, de principio a fin del entrenamiento.resumen
4Nokia y otros, 2012
Frontiers in Behavioral Neuroscience
Animalesconejo, hipocampoQué hicieronDestello al detectar una onda (89 % captadas), en vigilia, durante un aprendizaje de parpadeo.Qué vieronSin luz (n=6) aprendió más rápido que luz desligada (n=9; p=0,031) y que luz tras la onda (n=10; p<0,001); desligada, más rápido que tras la onda (p=0,043). Ondas: número similar.completo
5Novitskaya y otros, 2016
Learning & Memory
Animalesrata, hipocampo y cortezaQué hicieronEstimularon un núcleo del tronco encefálico al detectar cada onda, 1 h tras un laberinto radial.Qué vieronAlta frecuencia en la onda (n=7): 2,32 ± 0,26 recompensas por ensayo de 3 posibles; el resto, casi siempre 3. Al azar (n=8) y baja frecuencia (n=7): sin déficit.completo
6Kovács y otros, 2016
PLoS ONE
Animalesratón, hipocampoQué hicieronApagaron con luz las neuronas al detectar una onda, 3 h de sueño tras un recinto nuevo.Qué vieronCorrelación entre los mapas de las dos exploraciones en torno a 0,5 con bloqueo y con control (p=0,983). 3 ratones; 117 y 116 neuronas.completo
7van de Ven y otros, 2016
Neuron
Animalesratón, hipocampoQué hicieronSilenciaron con luz las neuronas en las ondas detectadas (80,1 %), 1 h tras explorar.Qué vieronTras recinto nuevo, grupos de neuronas reaparecieron menos; tras uno familiar, no (F(1,318)=5,05; p<0,05). Solo los de refuerzo gradual (134 de 335). Silencio al azar: más que en las ondas. 7 ratones.completo
8Fernández-Ruiz y otros, 2019
Science
Animalesrata, hipocampoQué hicieronAlargaron con luz las ondas de ratas que aprendían un laberinto.Qué vieronMejor memoria en el laberinto con las ondas alargadas.resumen

«Completo»: se leyó el artículo entero, publicado en abierto. «Resumen»: el artículo es de pago y solo se leyó su resumen, así que aquí solo consta su resultado principal.

Términos

HipocampoRegión del cerebro de la que dependen las tareas de orientación usadas en estos experimentos.
Ondas rápidas (ripples)Oscilaciones eléctricas muy veloces y breves que el hipocampo emite en el descanso y también en vigilia.
ConsolidaciónProceso por el que un recuerdo reciente queda fijado después del aprendizaje.
Neuronas de lugarNeuronas del hipocampo que se activan cuando el animal pasa por un punto concreto.
Husos de sueñoRitmo eléctrico breve que aparece durante el sueño y que aquí se registró en la corteza.
CortezaCapa externa del cerebro.

Referencias

  1. Girardeau G, Benchenane K, Wiener SI, Buzsáki G, Zugaro MB. Selective suppression of hippocampal ripples impairs spatial memory. Nature neuroscience. 2009-09-13. doi:10.1038/nn.2384 PMID: 19749750
  2. Ego-Stengel V, Wilson MA. Disruption of ripple-associated hippocampal activity during rest impairs spatial learning in the rat. Hippocampus. 2010-01-01. doi:10.1002/hipo.20707 PMID: 19816984
  3. Jadhav SP, Kemere C, German PW, Frank LM. Awake hippocampal sharp-wave ripples support spatial memory. Science (New York, N.Y.). 2012-05-03. doi:10.1126/science.1217230 PMID: 22555434
  4. Nokia MS, Mikkonen JE, Penttonen M, Wikgren J. Disrupting neural activity related to awake-state sharp wave-ripple complexes prevents hippocampal learning. Frontiers in behavioral neuroscience. 2012-12-04. doi:10.3389/fnbeh.2012.00084 PMID: 23316148
  5. Novitskaya Y, Sara SJ, Logothetis NK, Eschenko O. Ripple-triggered stimulation of the locus coeruleus during post-learning sleep disrupts ripple/spindle coupling and impairs memory consolidation. Learning & memory (Cold Spring Harbor, N.Y.). 2016-04-15. doi:10.1101/lm.040923.115 PMID: 27084931
  6. Kovács KA, O'Neill J, Schoenenberger P, Penttonen M, Ranguel Guerrero DK, Csicsvari J. Optogenetically Blocking Sharp Wave Ripple Events in Sleep Does Not Interfere with the Formation of Stable Spatial Representation in the CA1 Area of the Hippocampus. PloS one. 2016-10-19. doi:10.1371/journal.pone.0164675 PMID: 27760158
  7. van de Ven GM, Trouche S, McNamara CG, Allen K, Dupret D. Hippocampal Offline Reactivation Consolidates Recently Formed Cell Assembly Patterns during Sharp Wave-Ripples. Neuron. 2016-11-10. doi:10.1016/j.neuron.2016.10.020 PMID: 27840002
  8. Fernández-Ruiz A, Oliva A, Fermino de Oliveira E, Rocha-Almeida F, Tingley D, Buzsáki G. Long-duration hippocampal sharp wave ripples improve memory. Science (New York, N.Y.). 2019-06-01. doi:10.1126/science.aax0758 PMID: 31197012

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