per a més informació:Ali.ma@wecistanche.com

Si us plau, feu clic aquí per a la part 2

Si us plau, feu clic aquí per a la part 3

Desxifrant els codis neuronals de la memòria durant el son Zhe Chen1" i Matthew A. Wilson2 ",

1Departament de Psiquiatria, Departament de Neurociència i Fisiologia, Escola de Medicina de la Universitat de Nova York, Nova York, NY 10016, EUA

2Departament de Ciències Cervelles i Cognitives, Institut Picower per a Aprenentatge i Memòria, Institut Tecnològic de Massachusetts, Cambridge, MA 02139, EUA

Resum

Recordsd'experiències s'emmagatzemen a l'escorça cerebral. El son és fonamental per consolidar l'hipocampmemòriad'experiències de vigília al neocòrtex. La comprensió de les representacions dels codis neuronals de les xarxes hipocampo-neocorticals durant el son revelaria mecanismes de circuit importants enmemòriaconsolidació,i proporcionar noves perspectivesmemòriai somnis. Tot i que s'ha investigat l'activitat d'espiga del conjunt associada al son, identificar el contingut de la memòria en el son continua sent un repte. Aquí, revisem les importants troballes experimentals relacionades amb el sonmemòria(és a dir, patrons d'activitat neuronal en el son que reflecteixen el processament de la memòria) i revisar els enfocaments computacionals per analitzar els codis neuronals associats al son (SANC). Ens centrem en dos paradigmes d'anàlisi per al son associatmemòriai proposar un nou marc d'aprenentatge no supervisat ("memòriaprimer, és a dir, després") per a l'avaluació imparcial de SANC.

Paraules clau

associada al sonmemòria; consolidació de la memòria; repetició de memòria; representació neuronal;descodificació de la població; imatge funcional

Feu clic a la tija Cistanhe i els productes Cistanche per millorar la memòria

Memòria, son i codis neuronals

La memòria es refereix a la capacitat d'un organisme per codificar, emmagatzemar, retenir i recuperar informació. Es pot veure com un rastre durador d'experiències passades que influeix en el comportament actual o futur. La memòria defineix de manera única un sentit d'identitat pròpia i inclou tota la informació de "qui", "què", "quan" i "de quines experiències de la nostra vida en el passat i el present, remots o recents". El període durant el qual la informació de la memòria roman disponible varia des de segons (memòria a curt termini) fins a anys (memòria a llarg termini). La memòria a llarg termini sovint es divideix en dos tipus: memòria explícita o declarativa ("saber què) i memòria implícita o procedimental ("saber com"). La memòria declarativa també inclou la memòria episòdica (vegeu el glossari), la memòria semàntica (coneixement) i la memòria a llarg termini. memòria autobiogràfica.

La memòria episòdica emmagatzema detalls d'esdeveniments específics en l'espai i el temps, cadascun associat amb un contingut d'informació multimodal i multidimensional únic. L'hipocamp té un paper fonamental en la memòria espacial i episòdica [1]. El son és important per a l'aprenentatge i la memòria [2–6]. De mitjana, l'ésser humà passa aproximadament un terç de la seva vida durant el son, mentre que els rosegadors dormen entre 12 i 14 hores al dia. La consolidació de la memòria es produeix durant el son, durant el qual una memòria a curt termini es pot transformar en memòria a llarg termini. La privació del son deteriora el rendiment de les proves de memòria i afecta negativament l'atenció, l'aprenentatge i moltes altres funcions cognitives [6,7]. Una tasca fonamental en l'estudi de la memòria és comprendre la representació dels codis neuronals associats al son (SANC) que donen suport al processament de la memòria. En poques paraules, com es pot tractar de la memòria durant el son? Com que la memòria associada al son està influenciada per les experiències WAKE, com identifiquem i interpretem les presentacions neuronals relacionades amb la memòria durant el son d'una manera imparcial?

Per abordar aquestes preguntes, els neurocientífics registren l'activitat del conjunt neuronal de l'hipocamp i el neocòrtex en sessions de son abans i després d'una sessió de comportament. En estudis amb animals, els "codis neuronals" s'adquireixen mitjançant la implantació de matrius multielèctrodes per registrar l'activitat d'espiga del conjunt neuronal extracel·lular in vivo [8–12]. En estudis humans, les mesures dels senyals cerebrals s'adquireixen mitjançant enregistraments no invasius d'EEG o fMRI [13–16]. Per a aquest article, revisarem el treball important en ambdues àrees de recerca, amb més atenció als estudis de rosegadors.

A nivell de conjunt neuronal, la tasca computacional d'identificar representacions neuronals relacionades amb la memòria dels codis de població (és a dir, patrons d'activitat neuronal que reflecteixen el processament de la memòria) en el son continua sent un repte per diverses raons importants: en primer lloc, encara que els potencials de camp locals (LFP) revelen importants informació dels circuits a escala macroscòpica, no tenen la resolució cel·lular per revelar el contingut de la memòria del son. En segon lloc, les activitats de pic de conjunt associades al son són escasses (poca ocurrència) i fragmentàries en el temps. En tercer lloc, la magnitud de la sincronia de la població neuronal, mesurada com la fracció d'augment de totes les neurones registrades durant cada esclat de xarxa, segueix una distribució lognormal: els esdeveniments fortament sincronitzats s'intercalen de manera irregular entre molts esdeveniments de mida mitjana i petita [17]. Finalment, la manca de veritat bàsica dificulta la interpretació i l'avaluació de les representacions neuronals relacionades amb la memòria. En les últimes dues dècades, tot i que diversos estudis sistemàtics han examinat el contingut de memòria en SLEEP en comparació amb WAKE, moltes preguntes d'investigació relacionades amb la memòria es van mantenir esquives. A la següent secció, revisem algunes estratègies experimentals i computacionals per respondre aquestes preguntes.

Circuits hipocampo-neocorticals en el son

Durant el son, el cervell passa a un estat "fora de línia" que és diferent de la vigília tant a nivell microscòpic (temps de pic) com macroscòpic (p. ex., oscil·lacions EEG neocorticals). En diferents etapes del son, com el son d'ona lenta (SWS) i el son de moviment ocular ràpid (REM), l'activitat cerebral varia i l'escorça cerebral presenta una àmplia gamma d'activitats oscil·latòries (quadre 1) [18]. Durant el SWS, se sap que el neocòrtex oscil·la entre els estats UP i DOWN [19]. Durant els estats UP neocorticals, l'augment de la sincronia poblacional de les cèl·lules piramidals a les xarxes hipocamp-neocorticals s'acompanya d'ondes d'ones agudes de l'hipocamp (SWRs, quadre 1, figura 1b) [20, 21]. La majoria dels estudis en animals sobre memòria i son utilitzen el model de rosegadors. Un paradigma de memòria espacial àmpliament adoptat és deixar que els rosegadors s'alimentin lliurement en un entorn tancat. Durant l'exploració activa, moltes neurones piramidals de l'hipocamp mostren una sintonització espacial localitzada o col·loquen camps receptius (RF) [22]. En particular, moltes neurones piramidals de l'hipocamp també són responsables de la codificació de seqüències no espacials [23, 24], així com de la codificació conjunta de memòries tant espacials com no espacials [25]. Durant el son, en absència d'entrada sensorial externa o indicis, la xarxa de l'hipocamp es canvia a un estat impulsat principalment per càlculs interns.

En un estudi seminal, Pavlides i Winson [8] van informar per primera vegada que l'activitat de les cèl·lules de l'hipocamp de rata en estat despert va influir en la característica de tret (per exemple, la velocitat de tret i la velocitat d'explosió) en episodis de son posteriors. Wilson i McNaughton [9] van estendre l'anàlisi estadística de primer ordre a segon ordre i van demostrar que les cèl·lules del lloc de l'hipocamp de rata que estaven coactives durant la navegació espacial presentaven una tendència augmentada a disparar juntes durant el son posterior, mentre que les neurones que estaven actives però tenien Els RF de llocs no superposats no van mostrar aquest augment. Aquest efecte va disminuir gradualment durant cada sessió de son post-RUN. Kudrimoti et al. [11] i Nádasdy et al. [12] van estudiar més a fons els patrons d'espiga que impliquen patrons de neurones múltiples (per exemple, triplet) durant el son. Aquests estudis van revelar la relació temporal entre les repeticions de l'hipocamp i els SWR [12], així com el temps de decadència de la traça de la memòria [11]. Estudis addicionals també van revelar que els patrons espaciotemporals de l'hipocamp dels rosegadors a SWS reflectien els patrons d'activació o l'ordre temporal en què les neurones es disparaven durant la navegació espacial [10, 12, 26, 27]. Concretament, els subconjunts de neurones de l'hipocamp s'encenen de manera ordenada a una escala de temps més ràpida dins dels SWR, amb el mateix ordre o amb l'ordre invers que en la navegació activa. En un entorn de pista lineal, aquests esdeveniments d'explosió de població, depenent del seu contingut, es poden classificar com a reproducció "avançada" o "reversa", anomenades seqüències hipocampals reactivades de la trajectòria de la carrera (figura 1c). Aquests esdeveniments de reproducció de l'hipocamp són freqüents en SWS [26], vigília tranquil·la [28,29] i "son local" (també conegut com a "microdormiment": un fenomen que les neurones es desconnecten en una àrea cortical però no d'altres encara despertes). estat semblant al son) [30], tot i que és més probable que els rols funcionals en cadascun d'aquests estats siguin diferents. La participació del procés de repetició, la freqüència d'activació i el temps durant el qual es produeix la repetició poden afectar el rendiment posterior de les tasques de comportament o les habilitats apreses. En una sèrie d'estudis [26,31,32], els investigadors han trobat que després de les experiències RUN, les cèl·lules de l'hipocamp es reactivaven en un ordre temporal precís repetidament en el son SWS i REM. A diferència de SWS, la correlació de la velocitat de tret en el son REM no estava relacionada amb l'experiència RUN familiar anterior (possiblement a causa de la decadència de traça durant el SWS entrellaçat) [11], i les repeticions de memòria es van produir amb més freqüència per a experiències RUN remotes però repetides [11]. 31]. Aquestes troballes suggereixen que les seqüències de l'hipocamp reactivades en el son post-RUN consoliden la memòria de les experiències i que l'activitat hipocampal associada a SWR pot contribuir a aquest procés.

Una hipòtesi central de la consolidació de la memòria és que l'hipocamp i el neocòrtex interactuen entre ells mitjançant la coordinació temporal de l'activitat neuronal en forma d'oscil·lacions lentes, SWRs i eixos del son [33-39]. Tot i que la reactivació de la memòria durant el son s'ha informat principalment en rosegadors, inclosa l'escorça visual primària de rata (V1) [36], l'escorça del barril [40], l'escorça parietal posterior [41], l'escorça prefrontal medial (mPFC) [42, 43], l'escorça motora primària (M1) [44,45] i l'escorça entorrinal medial (MEC) [46]; També es van informar fenòmens generals de reactivació de la memòria neocortical en les altres espècies, com en l'ocell cantor durant el son [47] i en el mico macac durant el repòs [48]. L'assumpció d'interaccions hipocamp-neocorticals durant el son suggeriria naturalment examinar les interaccions dels conjunts hipocamp-neocorticals registrats simultàniament [36,38,41,46]. La comparació dels patrons neuronals espaciotemporals de cada àrea tant durant el WAKE com el SLEEP aprofitaria el nostre coneixement de la codificació espacial de l'hipocamp i milloraria la nostra comprensió del paper del processament de la memòria hipocamp-neocortical durant el son. En un estudi de circuits visuals de l'hipocamp de rosegadors [36], els investigadors van trobar que la reactivació de la memòria a la V1 estava coordinada temporalment amb la reactivació de la memòria a l'hipocamp durant el SWS (figura 2a, b). En un altre estudi [37], els investigadors van trobar que els senyals auditius associats a l'activitat neuronal durant l'aprenentatge milloraven la reproducció dels mateixos patrons neuronals si es presentaven els mateixos senyals auditius durant el son. Tot i que els estímuls auditius no van afectar el nombre d'esdeveniments de reproducció, el contingut de la reproducció estava esbiaixat pels sons respectius (figura 2c), cosa que suggereix mecanismes de millora selectiva de la memòria durant el son. En un altre informe recent sobre un estudi similar [38], els investigadors van registrar simultàniament pics de conjunt de l'escorça auditiva i l'hipocamp de la rata mentre presentaven sons relacionats amb la tasca durant el son (figura 2d) i van trobar que l'activació modelada a l'escorça auditiva precedia i prediria. el contingut posterior de l'activitat de l'hipocamp durant els SWR (figura 2e), mentre que els patrons de l'hipocamp durant els SWR també van predir l'activitat cortical auditiva posterior. Consistentment, l'emissió de sons durant el son va esbiaixar els patrons d'activitat cortical auditiva i els patrons corticals auditius basats en el so van predir l'activitat de l'hipocamp posterior. Entre moltes estructures neocorticals, el MEC és un circuit neocortical important que envia entrada a l'hipocamp i té un paper important en la navegació espacial i el processament de la memòria. Dos descobriments experimentals recents de rosegadors han demostrat que hi va haver una reproducció coordinada entre les cèl·lules del lloc de l'hipocamp (CA1) i les cèl·lules de la quadrícula a les capes profundes de MEC (L4/5) durant el repòs [49]; tanmateix, els conjunts cel·lulars de les capes superficials de MEC van reproduir trajectòries independentment del descans o del son de reactivació de l'hipocamp, cosa que suggereix que el MEC superficial pot desencadenar els seus esdeveniments de repetició i iniciar processos de recuperació i consolidació independents dels SWR de l'hipocamp, mentre que les capes de MEC profundes estan directament influenciades per l'hipocamp. repetició [46].

En general, aquestes troballes suggereixen que el neocòrtex es comunica amb l'hipocamp sobre "quan" i "què" per reactivar la memòria durant el son, i l'activació de representacions corticals específiques durant el son influeix en el contingut de la memòria consolidada. Gairebé totes les troballes informades són observacions basades en correlacions. La primera evidència causal directa de l'acoblament hipocamp-cortical en la consolidació de la memòria durant el son es va demostrar fisiològicament i conductualment a [39]. És important destacar que es va trobar que el reforç de la coordinació endògena entre els SWR de l'hipocamp, les ones delta corticals i els eixos mitjançant estimulacions elèctriques cronometrades va donar lloc a una reorganització de la xarxa mPFC, juntament amb un augment posterior de la resposta de la tasca prefrontal i un alt rendiment de record després del son [39] .

A més de considerar els conjunts específics que participen en els patrons de memòria reactivats, l'estructura temporal dels patrons de memòria també pot variar segons l'estat del cervell [25]. Els patrons reactivats durant els SWR s'assemblaven molt a l'estructura comprimida de la memòria codificada observada dins dels cicles individuals del ritme theta durant el comportament despert a l'hipocamp [12,50]. Durant el SWS, la reactivació de la memòria hipocamp-neocortical es va produir a una escala de temps més ràpida, amb factors de compressió de temps reportats de 9-10 a l'hipocamp del rosegador [26], i un factor de compressió de 6-7 al mPFC del rosegador [42], tot i que hi havia També va ser un informe inconsistent sobre cap evidència de compressió o expansió del temps en altres regions del cervell dels rosegadors [40]. En el son REM, la velocitat de reproducció de l'hipocamp és propera o lleugerament més ràpida que la velocitat de carrera real [31]. En particular, la memòria espacial es va veure afectada per la supressió selectiva o la interrupció dels SWR mitjançant estimulacions elèctriques o optogenètiques [51–53], cosa que suggereix el paper causal dels SWR per a les repeticions de l'hipocamp durant l'estat fora de línia.

A diferència de la investigació en animals (gairebé exclusivament en rosegadors), els estudis humans han proporcionat un accés més limitat al contingut de la memòria associada al son a nivell de conjunt neuronal. No obstant això, l'estudi de la memòria de subjectes humans, com HM [54], proporciona una perspectiva única i valuosa molt més enllà dels estudis de rosegadors. Per a subjectes humans sans o malalts, els enregistraments semi-invasius d'ECoG o els enregistraments EEG/MEG no invasius i les imatges fMRI s'han utilitzat àmpliament en estudis del son [13–16]. Tanmateix, cap d'ells mesura directament l'activitat neuronal única, la qual cosa suposa grans reptes a l'hora d'estudiar el contingut de la memòria del son. Quan hi ha unitats individuals disponibles, diferents àrees corticals mostren patrons de pics i LFP espai-temporals diferents però localitzats [55]. En un estudi notable, els investigadors van utilitzar eines d'IRMf i d'aprenentatge automàtic per descodificar (o, més precisament, "classificar") imatges visuals de patrons cerebrals a l'escorça visual (àrees V1, V2 i V3) durant el son REM, en comparació amb el cervell espai-temporal. patrons d'imatge d'IRMf durant l'estat de vigília [56]. Això va proporcionar la primera pista sobre el contingut dels somnis humans (figura 3). En un estudi del son en pacients amb epilèpsia, es va informar que l'activitat d'espiga d'una sola unitat a la MTL es va modular al voltant dels inicis REM, que era similar en el son REM, la vigília i les estimulacions visuals controlades, cosa que suggereix que la REM durant el son va reorganitzar èpoques discretes de visualització. processament com durant la visió despert [57].

Malgrat el ràpid progrés en les investigacions experimentals i el coneixement creixent dels mecanismes del circuit hipocampo-neocortical, les respostes a moltes preguntes de recerca segueixen sent totalment o parcialment desconegudes. Com que la majoria de preguntes de "contingut" estan impulsades per anàlisis estadístiques de SANC, és imprescindible desenvolupar paradigmes computacionals per investigar la representació de la memòria associada al son.

Mètodes computacionals i estadístics: punts forts i limitacions

A WAKE, com interpretem la representació ("significat") dels codis neuronals? Això s'estableix formalment pel problema de codificació neuronal. Tenint en compte l'entrada sensorial mesurada o el comportament motor associat a les respostes neuronals, podem identificar el significat dels patrons d'espiga neuronal de manera supervisada. A SLEEP, la pregunta computacional essencial és: quina i quanta informació es pot tractar de les representacions neuronals relacionades amb la memòria durant el son? Com que la representació d'una experiència és escassa, la resposta a aquesta pregunta no és trivial. Fins ara, s'han desenvolupat diversos mètodes computacionals (Requadre 2) per analitzar el SANC derivat de circuits hipocamp-neocorticals. No obstant això, la majoria dels mètodes no poden identificar el "significat" (contingut) de la memòria més que simplement establir una "semblança" significativa (per correlació o concordança) de les activitats d'espiga entre WAKE i SLEEP. En altres paraules, poden revelar la presència de la repetició de memòria, però no necessàriament el contingut de la repetició. Com a principi general per desxifrar el contingut de la memòria associat al son, és fonamental desenvolupar mètodes estadístics que permetin estudiar la memòria sense haver d'establir abans com l'activitat cerebral codifica variables de comportament com ara les ubicacions espacials o la cinemàtica del moviment. Durant el son, el cervell normalment està desconnectat del món sensorial extern, tot i que l'estimulació sensorial pot induir canvis fisiològics en la memòria associada al son [37,38,70]. El contingut de la memòria del son no té lectura conductual; per tant, es prefereix utilitzar mètodes computacionals que no requereixin mesures de comportament a priori.

Aquí ens agradaria discutir dos enfocaments quantitatius per a l'anàlisi de SANC. En el primer enfocament, el mètode d'anàlisi de components principals (PCA) [43,58] (quadre 2, figura Ia) no defineix explícitament la RF neuronal. En comptes d'això, calcula la matriu de correlació dels conjunts de cèl·lules en una època de PLANTILLA i després la compara amb una altra matriu d'espiga de població espai-temporal de l'època MATCH: moure el vector d'espiga de població en el temps ens permetria avaluar la força de reactivació variable en el temps. La hipòtesi estadística bàsica és que els patrons espai-temporals d'un comportament específic es poden caracteritzar bé per la matriu de correlació de l'espigament del conjunt. Conceptualment, l'elecció de PLANTILLA i MATCH és arbitrària i aquesta anàlisi es pot aplicar a ambdues direccions (WAKE➔SLEEP o SLEEP➔WAKE). Tanmateix, la limitació dels mètodes de subespai lineals, incloent-hi PCA i anàlisi de components independents (ICA) [59,53], és que assumeixen una estadística de correlació estacionària durant el període complet de PLANTILLA o PARTIDA, que no és cert en presència de diferents o diferents. comportaments complexos que impulsen les respostes neuronals dependents de l'estat. A més, la força de reactivació derivada d'aquests mètodes no identifica el "significat" de la memòria; en canvi, es correlaciona positivament amb la potència quadràtica de la velocitat de tret temporal en el conjunt neuronal.

El segon enfocament és un mètode de descodificació de població. A diferència dels mètodes de descodificació tradicionals supervisats o basats en RF [64, 65], s'ha desenvolupat un mètode de descodificació de població no supervisada [66-69] per recuperar la memòria espacial de l'hipocamp amb el supòsit de RF de lloc (quadre 2, figura Ib). Això s'aconsegueix associant patrons de picades espai-temporals amb estats latents únics sense definir els significats d'aquests estats a priori. Aquest enfocament és conceptualment atractiu, ja que no requereix cap assumpció de mesures de comportament explícites. En el cas de l'exemple de navegació amb rosegadors, els estats latents poden representar les ubicacions espacials d'un animal. Estadísticament, se suposa que els estats latents segueixen una dinàmica de transició markoviana o semimarkoviana. Les trajectòries a través de les ubicacions espacials ("estats") estan associades amb patrons d'espiga de conjunt de l'hipocamp consistents. En altres tasques no espacials, els estats latents també poden acomodar característiques no espacials d'experiències o patrons de comportament diferents que no es poden mesurar directament. La connexió entre els estats latents i els patrons de picades espai-temporals es pot establir a partir de la inferència estadística, les proves d'hipòtesis i les estadístiques barrejades de Monte Carlo [66–68]. A més, es poden incorporar al model estadístic característiques addicionals (com ara la sincronia de punta o les característiques LFP en termes de potència o fase instantània) per dissociar encara més els diferents estats latents. Com que aquest enfocament basat en models es basa en un model generatiu, l'ajust del model depèn, per tant, fortament de les distribucions de probabilitat que descriuen el procés de generació de dades. Si hi ha un desajust del model, aquest enfocament pot produir un rendiment baix.

El paradigma estàndard de la memòria és esbrinar primer com codifica el cervell la informació durant WAKE i, a continuació, determinar si aquests patrons codificats apareixen més tard, durant el SLEEP o les proves posteriors de memòria conductual, "és a dir, primer, la memòria després". En canvi, el nou marc ens permet canviar el paradigma i mirar primer la memòria (descodificant l'estructura intrínseca en codis neuronals) i després determinar-ne el significat (és a dir, com es podria correlacionar aquesta estructura amb el comportament posterior), de manera que "la memòria primer , és a dir, més tard"[69]. Les principals diferències entre aquests dos paradigmes són els seus supòsits i l'ordre d'anàlisi (independentment de l'ordre cronològic). L'enfocament no supervisat és imparcial, ja que evita la predefinició de patrons d'activitat neuronal en WAKE associats a una tasca o comportament específics, i també ens permet buscar estructures que no estan definides explícitament o simplement indefinibles. Per tant, aquest enfocament imparcial pot oferir-nos oportunitats per descobrir estructures amagades en l'activitat cerebral, que poden representar experiències WAKE ben definides o poden reflectir alguns processos no definits (per exemple, pensaments creatius i imaginació). Més important encara, aquest enfocament pot suggerir preguntes de recerca pendents per a investigacions experimentals. Per exemple, com podem distingir la memòria en el son relacionada amb experiències de navegació anteriors en dos o més entorns espacials diferents? Com podem desxifrar la memòria episòdica de l'hipocamp no espacial [23,71–74] durant el son?

Des d'una perspectiva d'anàlisi de dades, cal tenir en compte diversos reptes tècnics. En primer lloc, els episodis de son tenen èpoques curtes, trets escàs i esporàdics (taxa de tret reduïda en comparació amb la vigília) i escala de temps comprimida. Tractar aquestes qüestions sovint implica hipòtesis no fonamentades (per exemple, independència temporal, homogeneïtat) en l'anàlisi de dades. En segon lloc, els nostres estudis empírics que utilitzen dades de pic de son sintètics [69] han demostrat que el nombre de cèl·lules piramidals de l'hipocamp actives és fonamental per a una representació fiable de l'espai, així com per a la detecció de patrons reactivats espai-temporals en SWS. Atès que només una petita fracció (~ 10-15 per cent) de les neurones de l'hipocamp que estan actives durant WAKE es reactiva en un moment donat durant SWS, una investigació fiable dels codis de població associats al son requeriria l'enregistrament simultània de centenars de neurones a WAKE. En tercer lloc, hi ha una gran diversitat entre les neurones piramidals de l'hipocamp per les seves contribucions a la reproducció de la seqüència [75]. A més, un petit percentatge de neurones piramidals de l'hipocamp no tenen una sintonització espacial significativa, però encara poden disparar durant el son. No està clar si les seves activitats de tret representen altres components de memòria episòdica no espacial a l'espai de memòria i com podem identificar la seva importància estadística. Reptes similars també s'aplicarien al neocòrtex [76,77].

Direccions futures

Enregistrament de la població neuronal

Els avenços recents en els enregistraments neuronals han ampliat molt la nostra capacitat per investigar els codis de població neuronal [78–80]. Segons la tecnologia més nova en multielèctrodes

gravació (comunicació personal, professor M. Roukes a Caltech), es preveu que per

TendènciesNeurosciència. Manuscrit de l'autor; disponible a PMC l'1 de maig de 2018.

In the year 2020 neuroscientists would be able to simultaneously record 10,000–100,000 hippocampal neurons from rats (based on new development of stacked nanoprobes [81]). As a result, the statistical power of SANC analysis would increase significantly by ~100 fold. In addition, calcium imaging is another emerging technique for measuring the large-scale activity of neuronal populations, which has been successfully used for chronic recordings from the rodent hippocampus [82–85] and cortex [86]. Since calcium signals are merely indirect measurements of neuronal spiking, the precise relationship between calcium signals and spiking is not fully identifiable and is also susceptible to biophysical variations. Therefore, improving the temporal resolution (>500 Hz) i la sensibilitat a la llum per a imatges de fluorescència ens permetrien examinar els codis de població a gran escala a escales de temps més ràpides. La combinació d'electrofisiologia i tècniques d'imatge específiques de tipus cel·lular seria una direcció futura important a causa de les seves fortaleses complementàries. En estudis sobre primats humans/no humans, una nova eina que integra enregistraments electrofisiològics i fMRI (conegut com a fMRI desencadenat per esdeveniments neuronals) [87] ha demostrat ser valuosa per examinar el mapeig espacial dels patrons cerebrals locals definits a priori. El desenvolupament de tècniques de gravació sense fil de diversos elèctrodes [88] també és crucial per a l'enregistrament neuronal crònic de primats no humans en un entorn naturalista de son.

Son REM

Tot i que el son NREM ha estat fortament implicat en la reactivació i consolidació de les traces de memòria, la funció exacta del son REM continua essent esquiva [89,90]. A diferència del son NREM, en el son REM no hi ha estat UP ni sincronia poblacional associada amb els SWR de l'hipocamp, el que resulta en una disminució del tret neuronal i un augment de la sincronia, ambdós correlacionats amb el poder de les oscil·lacions theta [91]. Això implica que l'activitat de l'espiga del conjunt és encara més escassa i desestructurada. A més, hi ha algunes evidències experimentals que en el son REM les neurones de l'hipocamp de les rates presenten un canvi de fase gradual des del nou (pic theta) al patró de fase de tret familiar (abocador theta) [92]. Aquesta inversió de fase depenent de l'experiència suggereix que els circuits de l'hipocamp es poden reestructurar selectivament durant el son REM reforçant selectivament els records adquirits recentment i debilitant els remots, una idea coherent amb la hipòtesi original de Crick-Mitchison d'"aprenentatge invers" en el son REM [93]. Experimentalment, la durada total del son REM és molt més curta que la durada del son NREM per a rosegadors i adults humans. La majoria d'experiments amb animals s'han dirigit principalment a comportaments de vigília, limitant així el període d'enregistrament del son. Per augmentar la durada del son o la probabilitat de transició a REM del son NREM, s'han considerat manipulacions optogenètiques de circuits neuronals específics en rosegadors [94–96]. Alternativament, es pot investigar els nadons rosegadors o altres especificacions que tenen episodis de son REM més llargs. Enregistraments recents d'una sola unitat en MTL humà van suggerir que els moviments oculars durant el son REM podrien reflectir un canvi de les imatges visuals dels somnis [57]. Amb les "GRANS dades neuronals", l'objectiu final és desxifrar els somnis de l'animal durant el son REM sobre les experiències WAKE, una tasca exigent que encara requereix investigacions experimentals i computacionals àmplies.