Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Aprenem dormint: Implicacions funcionals del son en la memòria
Lluís Fuentemilla, PhD1,2
1Institute of Cognitive Neuroscience (UCL, London)2Institut d‘Investigació Biomèdica de Bellvitge (IDIBELL, Barcelona)
ÍNDEX
1. El son
1. Classificació i definició
2. Sistemes de Memòria. Classificació
3. Son i memòria:
1. Interaccions en sistemes de memòria
2. Mecanismes neuronals
3. Implicacions de la migdiada
4. Detecció de reactivació de memòria en humans
5. Conclusions
Per què dormim?
-Estat natural de descans del cos i el cervell el qual els ulls estàn tancats-Acompanyat de pèrdua total o parcial de consciència
Definició (funcional)
-Conservació energètica-Restauració de l‘organisme-Consolidació de la memòria
Com el podem caracteritzar?
-Electroencefalografia (EEG)
-Electromiografia (EMG)
-Electrooculograma (EOG)
ARQUITECTURA DEL SON
- Fase 1:a) EEG irregular, ones de voltatge baix.
- Fase 2:a) Spindles del son: ones 12-14-Hz de menys de mig segon.b) Complexes-K: ona de gran amplitud negativa seguida per una de més petita positiva.
- Fases 3 i 4:a) Anomenat “Son d’ones lentes (Slow Wave Sleep; SWS)”b) EEG amb ones molt lentes i de gran amplitut.c) L’activitat cortical està altament sincronitzada.d) Enlentiment del ritme cardíac, el ritme respiratori i
activitat cerebral.
- Fase REM (Rapid Eye Movement):a) Moviments ràpids ocularsb) EEG irregular, de voltatge baix i ràpid. c) Màxima relaxació muscular.
ARQUITECTURA DEL SON
a) SWS-REM alternanca
b) Seqüència concreta
c) Diferenciació 1a i 2a part
d) Components específics d‘activitat neuronal
Memòria
Declarativa No-declarativa
• Recuperació conscient d’informació
• Pot ser proposicional (declarada)
• Exemples:– “Què he menjat per esmorzar?”
(episòdica)– “Quina és la capital d’Alemanya?”
(semàntica)– “Què acabo de dir?”
(de treball)
• Canvi conductual induit per l’experiència
• No pot ser proposicional
• Exemples– Anuncis subliminals?
(priming)– Com anar en bicicleta
(habilitats)– Fòbies
(condicionament)
Cohen and Squire, 1980
Memòria
Declarativa No-declarativa
Semàntica De TreballEpisòdica Priming Procedural CondicionamentQuè
acabo de dir?
Què he esmorzat?
Quina és la capital alemana?
Procés de facilitació
Resposta reflex a un estímul
nou
Com anar en bici
Hipocamp-IndepenentHipocamp-Depenent
Per què dormim?-Conservació energètica-Restauració de l‘organisme-Consolidació de la memòria
Consolidació de la memòria
Adquisició - Consolidació - Recuperació
Adquisició: Incorporació d‘informació (nova) durant aprenentatge i la seva codificació com a traca vulnerable en la memòria.
Consolidació: Estabilització de “memòries noves”. També inclou processos d’integració amb memòries pre-existentsa llarg plac.
Recuperació: Reproducció d’informació enmagatzemada en memòria
Diekelmann and Born, 2010 (Nature Neuroscience Reviews)
Memòria procedural(p.e.,anar en bici)
-La més estudiada en relació al son
-Consolidació en fase REM
-Independent d‘hipocamp
Memòria declarativa (p.e.,què he esmorzat aquest matí)
-La que se‘n coneixen més bé els mecanismes neuronals
-Consolidació en SWS
-Dependent d‘hipocamp
Interaccions memòria i son
Evidències experimentals en humans
Plihal and Born, 1997 (J Cogn Neurosc)
Mirror Tracing (MT)
Memòria declarativa
Rasch et al., 2007 (Science)
-Mem declarativa i SWS
-Memòria espacial/associacions
-1a evidència causal
Mecanismes Neuronals (Consolidació)
- Nivell macroscòpic:a) Reactivació de grups neuronals implicats en la fase d‘adquisició d‘informaciób) Implicació de l‘hipocamp com a estructura necessària de reactivació
- Indicadors neurofisiològics:a) Consolidació en SWS:
1) Oscilacions corticals lentes (~0.8Hz) 2) Spindles (~10-15Hz)3) Ripples (100-300Hz)
b) Consolidació en REM:1) Ones ponto-geniculo-occipital (pGo) (rates)2) Ritme theta de l‘EEG (4-8Hz)
Nivell Macroscòpic
Reactivació neuronal
Maquet et al., 2000 (Nature Neuroscience) Cuenus Premotor
3 grups:1. Tasca SRT (no son)2. Tasca + entrenament (son)3. Tasca (son)
Resultats:- Àrees involucrades en aprenentatge
augmenten activitat en REM
- Si no hi ha aprenentatge pre-REM,aquestes àrees no es reactiven
Rasch et al., 2007 (Science)
Nivell Macroscòpic
Implicació hipocamp
Procediment:-fMRI-Grup I: olor en SWS; Grup II: olor desperts
Resultats:-Millor memòria en Grup I-Hipocamp en Grup I > Grup II-Parahipocamp en Grup I > Grup II
Van Der Werf et al., 2000 (Nature Neuroscience)
Nivell Macroscòpic
Implicació hipocamp
Hipocamp dret
Procediment:-Inducció perturbació de SWS mitjancant estimulació acústica lleu-Estudi imatges noves pre-son-fMRI en el test
Ind. Neuofisiològics: SWS
Ones corticals lentes (~0.8Hz)
TranscranialMagnetic
Stimulation (TMS)
Marshall et al., 2006 (PNAS)
frontal
parietal
Ind. Neurofisiològics: SWS
Spindles
Spindle-EEG 10-15Hz-Fase 2 i SWS (però també desperts)-Originats al tàlem-Funció de sincronització tàlamo-cortical i sincronització de zones corticals distants
Ones lentes i spindles-Comunicació inter-cortical a través de momentsd‘alta i baixa polarització neuronal (Ones lentes)- Spindles estàn modulats per ones lentes
Wierzynski et al., 2009 Neuron
Ind. Neurofisiològics : SWS
Spindles
Spindles i ones lentes estàn acoplats
Ind. Neurofisiològics : SWS
Ripples
Eschenko et a., 2008 (Learn. Mem.)
-En rates-Associació olor-reforc
-Origen en hipocamp-100-300Hz-Difícils de registrar en humans-Implicats en processos de LTP
Girardeau et al., 2009 (Nature Neuroscience)
-En rates-Memòria espacial
Wierzynski et al., 2009 Neuron
Ind. Neurofisiològics : SWS
Ones lentes-Spindles-Ripples
Interacció hipocamp-còrtex durant SWS
-La reactivació de la nova informació es produeix en el mateix ordre
Ind. Neurofisiològics : REM
Ritme Theta
Louie and Wilson, 2001 (Neuron)
Lisman, 2005 (Neuron)
SWS i REM estàn altament interrelacionats
Human-Reactivation and nap time
Rudoy et al., 2009 (Science)
Es manté millor allò que s‘ha mostrat durant la migdiada? Indicadors neurofisiològics?
Podem detectar REACTIVACIÓ d‘informació en el cervell de forma directa?
Classificació de patrons neuronals específics
Norman et al., 2005 (Trends in Cognitive Sciences)
Polyn et al., 2005 (Science)
Is neural activity elicited at sensory input reactivated during its maintenance?
Configural information
Replay en manteniment es va comparar amb:
‘Replay’ de patrons neuronals elicitats durant l’adquisició
Sum of all reactivations during delay maintenance
Configural > Non-Configural > Control**: p<0.01; * p<0.05
Fuentemilla et al., in press (Current Biology)
Recordar el context implica reactivar (Preliminary results)
ENCODING 1 RETRIEVAL
Fuentemilla et al., in prep
Conclusions (´puntualitzacions´)
1. Mentre dormim, consolidem en memòria informació nova que hem adquirit recentment
2. La consolidació ocorre en etapes diferenciades del son en funció del tipus de memòria involucrada1. REM- memòria procedimental2. SWS- memòria declarativa
3. Tant SWS com REM estàn altament relacionats i encara no es coneix exactament la rellevànciad‘aquesta interacció.
4. Existeixen mecanismes neuronals específics relacionats amb la consolidació. (Ones lentes, Spindles, Ripples)
5. La reactivació neuronal és un mecanisme de consolidació.
6. Existeixen mètodes de detecció de reactivació de la informació.
7. La implicació específica dels trastorns del son en la memòria encara són molt desconeguts1. Inferències d‘estudis de depriació de son
Moltes gràcies!
Dyssomnias - A broad category of sleep disorders characterized by either hypersomnolence or insomnia. The three major subcategories include intrinsic (i.e., arising from within the body), extrinsic (secondary to environmental conditions or various pathologic conditions), and disturbances of circadian rhythm.
InsomniaNarcolepsyObstructive sleep apneaRestless leg syndromePeriodic limb movement disorderHypersomnia
Recurrent hypersomnia - including Kleine-Levin syndromePosttraumatic hypersomnia "Healthy" hypersomnia
Circadian rhythm sleep disordersDelayed sleep phase syndromeAdvanced sleep phase syndromeNon-24-hour sleep-wake syndrome
ParasomniasREM sleep behaviour disorderSleep terrorSleepwalking (or somnambulism) Bruxism (Tooth-grinding) Bedwetting or sleep enuresis. Sleep talking (or somniloquy) Sleep sex (or sexsomnia) Exploding head syndrome - Waking up in the night hearing loud noises.
Medical or Psychiatric Conditions that may produce sleep disorders Psychoses (such as Schizophrenia) Mood disorders
DepressionAnxiety
PanicAlcoholism
Sleeping sickness - a parasitic disease which can be transmitted by the Tsetse flySnoring - Not a disorder in and of itself, but it can be a symptom of deeper problems. Sudden infant death syndrome (or SIDS)
Informació explícita/implícita (memòria procedural)
- L‘augment de la memòria procedural es veu altament afectat per la qualitat de la informació en l‘adquisició.- 1a evidència que els efectes de SWS i REM en memòria no són totalment independents