El sueño, lejos de ser un mero periodo de descanso, representa un estado crucial para la consolidación y preparación de la memoria en el cerebro humano y animal. Durante mucho tiempo, se ha considerado que el sueño cumple un papel fundamental en reforzar y estabilizar los recuerdos adquiridos anteriormente. Sin embargo, investigaciones recientes han desvelado que el cerebro no sólo conserva la memoria pasada durante el sueño, sino que también se prepara activamente para construir futuros recuerdos, ejecutando simultáneamente un procesamiento paralelo de ambas funciones. Este fenómeno fascinante se encuentra particularmente relacionado con la actividad de las células engramas del hipocampo y las complejas dinámicas de la plasticidad sináptica en estados offline como el sueño. Las células engramas constituyen grupos neuronales específicos responsables de codificar y almacenar memorias episódicas.
En experimentos con ratones, se ha observado que estas células en el área CA1 del hipocampo muestran patrones sincronizados de actividad durante el sueño previo al aprendizaje, denominados conjuntos preconfigurados. Estos conjuntos parecen preparar el sistema neural para la incorporación de nuevas experiencias, estableciendo lo que podría considerarse un «terreno fértil» para futuros eventos memorísticos. Durante el aprendizaje, estas células engramas se activan con patrones específicos que corresponden al episodio experimentado, pero sorprendentemente, muchas ya exhiben cierta dinámica en el sueño antes de la experiencia, sugiriendo que el cerebro anticipa y organiza recursos de memoria con anticipación. Paralelamente a la conservación y reactivación de recuerdos pasados, se ha descubierto una subpoblación dentro del grupo de neuronas no clasificadas previamente como engramas que desarrolla actividad sincronizada durante el sueño posterior al aprendizaje. Estas neuronas, denominadas «engram-to-be» o futuras células engramas, emergen a partir de patrones de plasticidad sináptica que ocurren durante períodos offline e idling, como el sueño.
Estas células están destinadas a codificar memorias para eventos próximos, mostrando un proceso dinámico de asignación neuronal que permite al cerebro preparar su circuito para futuros incidentes sin olvidar el pasado. Este doble proceso durante el sueño —consolidación y preparación— es compatible con la idea de que la memoria no es un sistema estático, sino que evoluciona constantemente. Mientras las células engramas consolidadas se reactivan de forma coordinada durante la fase de sueño para fortalecer las conexiones y asegurar la estabilidad de la memoria, las células engram-to-be experimentan una reorganización por medio de mecanismos como la depresión sináptica y el escalado homeostático. Estos procesos permiten que las neuronas non-engram reduzcan su respuesta a patrones anteriores de entrada y al mismo tiempo incrementen su capacidad para responder a nuevas configuraciones de estímulos, preparando así el cerebro para aprender nuevas experiencias. La investigación realizada con técnicas avanzadas, que combinan la imagen de calcio en tiempo real y etiquetado genético en ratones libres, ha proporcionado evidencia directa sobre cómo estas actividades neuronales se manifiestan en etapas específicas del sueño, tanto en fases de sueño REM como no REM.
Se demostró que la actividad sincrónica de conjuntos preconfigurados y emergentes se produce mayormente durante el sueño y no durante estados de vigilia, lo que destaca el papel exclusivo del sueño como un estado idóneo para la reorganización y consolidación de las representaciones neuronales. Adicionalmente, la subdivisión de las células engramas en grupos comunes y específicos aporta una capa adicional de comprensión. Las células comúnmente activadas en múltiples eventos podrían representar características generales o compartidas entre distintos episodios, mientras que las específicas estarían más finamente ajustadas a detalles particulares de la experiencia, apoyando la flexibilidad y especificidad de la memoria episódica. Durante el sueño posterior, se observa una coactivación particularmente marcada entre las células comunes y las engram-to-be, sugiriendo una interacción funcional que podría facilitar la integración de información previa con futuros aprendizajes. Para comprender mejor los mecanismos subyacentes, se han desarrollado modelos de redes neuronales que simulan la actividad y plasticidad de las neuronas del hipocampo bajo la influencia de diferentes patrones de entrada y plasticidad sináptica durante las fases de aprendizaje y sueño.
Estos modelos validan que la combinación de potenciación y depresión sináptica, junto con el escalado homeostático, permite explicar la emergencia de los futuros grupos engramas y la preservación al mismo tiempo de las memorias consolidadas, reproduciendo fielmente los patrones observados experimentalmente. La importancia del sueño en estos procesos es irrefutable. Interrumpir las ondas cerebrales características como los sharp wave ripples (SWRs), que tienen un papel destacado durante el sueño NREM, o las ritmicas theta en REM, compromete la consolidación adecuada de la memoria y, por extensión, puede afectar la formación de las futuras memorias. El sueño se presenta así como un estado activo, crítico para la salud cognitiva, donde el cerebro ejecuta simultáneamente funciones de mantenimiento y preparación, asegurando la estabilidad de la narrativa personal pasada y la capacidad para adquirir nueva información. En un contexto más amplio, estos hallazgos también aportan luz sobre cómo el cerebro humano puede utilizar recuerdos pasados para imaginar futuros posibles, un proceso conocido como viaje mental en el tiempo.
Anatomía funcional y estudios de neuroimagen han indicado que la superposición activa entre las regiones que procesan recuerdos pasados y las que anticipan eventos futuros es significativa. La comprensión detallada de las células engramas y la plasticidad sináptica en el hipocampo durante el sueño podría convertirse en una pieza clave para desentrañar los mecanismos neurobiológicos que sustentas estas funciones cognitiva avanzadas. Finalmente, la noción de un engrama dinámico y de procesos paralelos en el cerebro durante el sueño abre interesantes vías para la investigación en campos como la neuropsicología, la mejora del aprendizaje, la recuperación de memorias en pathologías neurodegenerativas y el diseño de terapias para trastornos del sueño que impactan en la memoria. Entender cómo se seleccionan, estabilizan y renuevan las células engramas durante el sueño es esencial para desarrollar estrategias que potencien la capacidad cognitiva y mitigar el impacto del deterioro relacionado con la edad o enfermedades. En conclusión, el proceso paralelo de procesamiento de memorias pasadas y futuras durante el sueño representa un mecanismo neurobiológico sofisticado que fundamenta la capacidad del cerebro para preservar y preparar recuerdos.
Las células engramas existentes se reactivan y consolidan mientras que simultáneamente emergen nuevas poblaciones neuronales listas para codificar nuevas experiencias. La plasticidad sináptica que ocurre en estos estados de idling es un motor esencial que permite esta reconfiguración y adaptación dinámica. La investigación en esta área no solo amplía nuestra comprensión del sueño y la memoria, sino que también ofrece esperanzas y direcciones para futuras investigaciones hacia la mejora de la salud cognitiva humana.
