Un modelo sencillo imita el comportamiento del cerebro en sueño profundo

Investigadores de Alemania han construido y probado un nuevo modelo matemático que reproduce con éxito la compleja actividad del cerebro durante el sueño profundo, según un estudio publicado en PLOS Computational Biology.

Estudios recientes han demostrado que ciertos patrones de actividad neuronal durante el sueño profundo pueden desempeñar un papel importante en la consolidación de la memoria. Michael Schellenberger Costa y Arne Weigenand, de la Universidad de Lübeck, y otros colegas se propusieron construir un modelo computacional que imitara con precisión estos patrones.

Los investigadores habían modelado previamente la actividad de la corteza del sueño, la capa exterior del cerebro. Sin embargo, los patrones de sueño que se cree que ayudan a la memoria surgen de la interacción entre la corteza y el tálamo, una estructura cerebral central. El nuevo modelo incorpora este acoplamiento tálamo-cortical, lo que le permite imitar con éxito los patrones de sueño relacionados con la memoria.

Masa neural

Utilizando datos de un estudio del sueño humano, los investigadores confirmaron que su nuevo modelo reproduce con precisión la actividad cerebral medida mediante electroencefalografía (EEG) durante la segunda y tercera fase del movimiento ocular no rápido (NREM) del sueño. También predice con éxito los efectos en la EEG de técnicas de estimulación que mejoran la consolidación de la memoria durante el sueño.

El nuevo modelo es un modelo de masa neural, lo que significa que utiliza el comportamiento de un pequeño grupo de neuronas para describir un gran número de neuronas.

En comparación con otros modelos de sueño, muchos de los cuales están basados ​​en la actividad de neuronas individuales, este nuevo modelo es relativamente simple y podría ayudar en futuros estudios sobre la consolidación de la memoria.

«Es fascinante ver que un modelo que incorpora sólo algunos mecanismos clave es suficiente para reproducir los ritmos cerebrales complejos observados durante el sueño», dicen los autores principales Thomas Martinetz y Jens Christian Claussen, en la nota de prensa de PLOS, recogida por EurekAlert!

Referencia bibliográfica:

Michael Schellenberger Costa, Arne Weigenand, Hong-Viet V. Ngo, Lisa Marshall, Jan Born, Thomas Martinetz, Jens Christian Claussen: A Thalamocortical Neural Mass Model of the EEG during NREM Sleep and Its Response to Auditory Stimulation. PLOS Computational Biology (2016). DOI: 10.1371/journal.pcbi.1005022.