Falling Walls: resolviendo el misterio del sueño
Nota del editor: La Conferencia Falling Walls es una reunión mundial anual de personas con visión de futuro de 80 países, organizada por la Fundación Falling Walls. Cada año, el 9 de noviembre, el aniversario de la caída del Muro de Berlín, 20 de los principales científicos del mundo son invitados a Berlín para presentar su investigación de vanguardia actual. El propósito de la reunión fue abordar dos preguntas: ¿Cuál será el próximo muro en caer? ¿Cómo cambiará esto nuestras vidas? El autor de este artículo habló en la reunión de Falling Walls de este año.
Por nuestra experiencia personal, sabemos que una buena noche de sueño es esencial para una buena salud. Sin embargo, a medida que nos enfocamos cada vez más en la actividad física y la nutrición en nuestras ajetreadas vidas modernas, a menudo pensamos que dormir es una pérdida de tiempo. Como dijo Margaret Thatcher: «¡Dormir es de cobardes!»
¿Es realmente? El sueño es común a todos los animales. Como humanos, pasamos un tercio de nuestra vida durmiendo y somos vulnerables y ajenos a la mayoría de los eventos externos. Nuestro sueño está estrictamente regulado, por lo que si el sueño está restringido, terminamos compensándolo con un sueño más largo y profundo. El sueño es fundamental para la recuperación del cerebro y la reorganización de las conexiones sinápticas. Es clave para apoyar la memoria y la atención sostenida. Dormir mal puede afectar directamente nuestro estado de ánimo y salud, afectar la inmunidad y el metabolismo, y aumentar el riesgo de presión arterial alta, diabetes y accidente cerebrovascular. La fragmentación del sueño, un resultado común de la respiración alterada durante el sueño, puede acelerar la progresión del cáncer. Claramente, el sueño es vital para el cerebro y el cuerpo, de lo contrario, la evolución habría encontrado una alternativa para nosotros, los cobardes.
Aunque el sueño siempre ha fascinado a los humanos, no fue hasta el siglo XX que se consideró «muerte transitoria», un concepto que se remonta a los dioses griegos del sueño y la muerte, Hypnos y Thanatos, hermano gemelo. Incluso hoy en día, a menudo pensamos en el sueño como nada más que hibernar sin hacer nada (cambiamos nuestros dispositivos electrónicos al «modo de suspensión»).La investigación científica sistemática sobre el sueño comenzó en la década de 1920.[KS1] Se profundizó con la invención del EEG, y con la posterior identificación de las distintas etapas del sueño. Las etapas del sueño, como el sueño de movimientos oculares rápidos (REM) y el sueño de movimientos oculares no rápidos (NREM), cada una tiene una huella digital única de actividad eléctrica cerebral, bioquímica cerebral y fisiología, organizadas en estereotipos denominados colectivamente «arquitectura del sueño». Aparece la secuencia «.
Durante un tiempo, la investigación del sueño se centró en las etapas del sueño, lo que contribuyó a la estandarización médica mundial. Pero con el tiempo, quedó claro que esta visión de la actividad cerebral como una unidad era limitada e ingenua, y no lograba captar la complejidad de la actividad cerebral que respalda funciones importantes del sueño. En consecuencia, la investigación del sueño se ha centrado en las diferentes ondas (oscilaciones) de actividad eléctrica en regiones específicas del cerebro, como las ondas lentas (por debajo de 1 Hz) y los husos del sueño (10-15 Hz) que se producen durante el sueño NREM, y cómo mediar Beneficios funcionales del sueño.
ondas complejas de sueño parcial y somnolencia
En la década de 1990, los neurocientíficos fueron más allá de los marcadores EEG de las etapas del sueño para revelar la actividad de las neuronas individuales que subyacen a las ondas lentas. Se descubrió que las neuronas de la corteza cerebral se «activaban» y «desactivaban» repetidamente entre períodos de activación activa y períodos de silencio, aproximadamente una vez por segundo. Se encontró que ondas lentas similares ocurren sincrónicamente durante la anestesia, por lo que se puede suponer que durante el sueño, miles de millones de neuronas en casi toda la corteza se «encienden» y «apagan» simultáneamente, como un coro gigante cantando al unísono. Sin embargo, algunas partes no encajan en el rompecabezas. Por ejemplo, si una región del cerebro en particular está particularmente activa durante el día y está involucrada en el aprendizaje, sus ondas durante el sueño posterior son más fuertes y diferentes de otras regiones del cerebro. En los delfines y otros mamíferos marinos, un hemisferio cerebral muestra ondas lentas mientras que el otro hemisferio cerebral está continuamente activo, como en la vigilia. Los trastornos del sueño, como el sonambulismo, se asocian con combinaciones complejas de patrones de actividad de sueño y vigilia simultáneos, lo que nuevamente sugiere que las neuronas no siempre se encienden y apagan juntas durante el sueño NREM.
Con estas observaciones en mente, decidimos adoptar un enfoque novedoso para investigar cuán uniforme es realmente la actividad cerebral durante las ondas lentas del sueño NREM. A veces es necesario implantar electrodos en múltiples regiones del cerebro para ayudar en el diagnóstico e identificar el inicio de las convulsiones en personas con epilepsia que no responden a la medicación. Junto con los investigadores del sueño Chiara Cirelli y Giulio Tononi y el neurocirujano Itzhak Fried, estudiamos la actividad de las neuronas individuales en muchas regiones del cerebro durante el sueño en estos pacientes. Descubrimos que, contrariamente al dogma común en ese momento, las ondas lentas del sueño NREM generalmente ocurren localmente (fuera de fase), con diferentes regiones del cerebro activas y silenciosas al mismo tiempo. Demostramos que este es un principio general del sueño normal, existe en otros mamíferos y no está asociado con la epilepsia. En resumen, las ondas de sueño parciales son la regla y no la excepción.
Con base en estos hallazgos, planteamos la hipótesis de que las ondas lentas localizadas que normalmente no se notan en el EEG del cuero cabelludo aún pueden estar presentes en la actividad cerebral en todo el espectro, desde la somnolencia despierta hasta el sueño completo. Si bien la fatiga puede provocar breves episodios de sueño global (conocidos como episodios de «microsueño»), sospechamos que también pueden ocurrir ondas de sueño localizado cuando abrimos los ojos e interactuamos con el mundo.
Demostramos que en ratas y humanos despiertos privados de sueño, las ondas de sueño locales ocurren en paralelo a los lapsos cognitivos, particularmente en los circuitos cerebrales involucrados en la tarea en cuestión. Finalmente, no solo existen «islas de sueño» durante la vigilia, sino que el sueño también puede contener «islas» de actividad similar a la de la vigilia. También encontramos que durante el sueño REM en humanos, la actividad de las neuronas individuales se asoció con los movimientos oculares y el cambio de imágenes mentales.
A medida que emerge este diagrama yin-yang que incluye «islas de sueño» e «islas de vigilia», el sueño sigue siendo un continente en gran parte aún desconocido. Hoy, los muros conceptuales que dividen el sueño y la vigilia se están derrumbando, reemplazados por un nuevo marco en el que la somnolencia representa una mezcla compleja de sueño y vigilia que ocurren simultáneamente en diferentes circuitos cerebrales.
De hecho, la somnolencia es una de las principales causas de accidentes, con efectos comparables al consumo de alcohol. Desafortunadamente, todavía no tenemos una forma confiable y válida de medir qué tan fatigada está una persona en un momento dado. Por lo tanto, sería valioso desarrollar métodos para detectar y contar las «islas de sueño» y determinar cuándo alcanzan los umbrales de peligro para alertar y evitar que las personas participen en actividades profesionales de alta vigilancia, como la conducción, la aviación y la cirugía.
Un futuro brillante para la investigación del sueño
Además de los avances en la investigación básica del sueño, varios estudios en curso tienen un importante potencial aplicado:
—Comprender y medir la profundidad del sueño. ¿Hasta qué punto estamos «desconectados» de nuestro entorno externo en un momento dado, y qué media en esta desconexión? Mientras que algunas personas pueden quedarse dormidas en casi cualquier situación (como suelen hacer los niños pequeños), otras se despiertan fácilmente (como cuando están bajo estrés o en personas mayores). Una vez que comprendamos mejor la actividad cerebral que determina la vigilia, podremos desarrollar monitores de profundidad del sueño inspirados neurobiológicamente. Con el tiempo, el dispositivo, que podría integrarse en un dormitorio «inteligente», podría medir la calidad del sueño de manera muy similar a como un termómetro mide la temperatura corporal. Se podrían usar monitores similares durante la cirugía para eliminar la conciencia intraoperatoria y minimizar el riesgo de anestesia profunda. En términos más generales, los monitores de «profundidad del sueño» podrían ayudar a la toma de decisiones médicas y éticas en pacientes vegetativos y con demencia grave, en los que no estamos seguros de hasta qué punto una persona experimenta el mundo exterior.
—El sueño es una ventana única para ayudar al diagnóstico médico. Las alteraciones específicas en la actividad del sueño están presentes en todos los trastornos cerebrales neuropsiquiátricos, y la monitorización del sueño puede proporcionar datos valiosos con las mínimas molestias. Al ir más allá del simple concepto de las etapas del sueño y definir con mayor precisión la normalidad de las diferentes ondas de sueño de cualquier individuo, deberíamos poder mejorar nuestra comprensión de una serie de trastornos cerebrales, incluida la detección temprana de Alzheimer, Parkinson y autismo, o la evaluación de la recuperación de un accidente cerebrovascular. .
—Dormir mejor: más allá de las drogasLos fármacos que inducen el sueño tienen varias desventajas, como la tolerabilidad y la somnolencia al despertar. La investigación en curso está investigando hasta qué punto las intervenciones no invasivas, como la estimulación eléctrica y auditiva cronometrada con precisión, pueden usarse para mejorar las ondas de sueño y ayudar a la cognición y la memoria. Los dispositivos para dormir pueden convertirse en parte de nuestras vidas, aliviando el insomnio y ayudando a combatir la pérdida de memoria.
En conclusión, una mejor comprensión de la fisiología del sueño finalmente tendrá un impacto profundo en nuestras vidas futuras, lo que traerá un futuro brillante a la investigación del sueño.
La conferencia Falling Walls contó con el apoyo del Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania, la Asociación Helmholtz, la Fundación Robert Bosch y el Senado de Berlín. Ha sido apoyado y asesorado por varias universidades e instituciones de investigación de clase mundial, así como por fundaciones, empresas, personas famosas y organizaciones no gubernamentales.
biología
Yuval Nir es profesor asistente en la Universidad de Tel Aviv, Israel.
explora más
El deterioro neuronal selectivo precede al deterioro cognitivo humano después de la privación del sueñoYuval Nir, Thomas Andrillon, Amit Marmelshtein, Nanthia Suthana, Chiara Cirelli, Giulio Tononi e Itzhak Fried en Nature Medicine, en prensa.
Actividad de una sola neurona y movimientos oculares durante el sueño REM y la visión de vigilia en humanosThomas Andrillon, Yuval Nir, Chiara Cirelli, Giulio Tononi e Itzhak Fried en Nature Communications, Vol. 6, página 7884, 11 de agosto de 2022.
Ondas lentas locales y husos en el sueño humano. Yuval Nir, Richard J Staba, Thomas Andrillon, Vladyslav V. Vyazovskiy, Chiara Cirelli y Giulio Tononi En Neurons, vol. 70, págs. 153-169, 13 de abril de 2011.
Sueño parcial en ratas despiertas. Vladyslav V. Vyazovskiy, Umberto Olcese, Erin C. Hanlon, Yuval Nir, Chiara Cirelli y Giulio Tononi en Nature, vol. 472, págs. 443-447, 28 de abril de 2011.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26262924
