Descubren que algunas regiones del cerebro pueden tomar ‘microsiestas’ mientras el resto está despierto

El sueño y la vigilia son estados completamente distintos que delimitan nuestra vida diaria. Durante años, los estudios científicos han distinguido estos procesos observando las ondas cerebrales, donde el sueño se caracteriza por ondas lentas y duraderas. Sin embargo, por primera vez, se ha descubierto que el sueño puede detectarse mediante patrones de actividad neuronal de milisegundos de duración, revelando una nueva forma de estudiar y comprender los patrones básicos de ondas cerebrales que gobiernan la conciencia. Además, se ha encontrado que pequeñas regiones del cerebro pueden “dormirse” momentáneamente mientras el resto del cerebro sigue despierto, y viceversa.

Esta reciente investigación se ha llevado a cabo por una colaboración entre los laboratorios de la Universidad de Washington en St. Louis y la UC Santa Cruz, ambas en Estados Unidos, y sus resultados ya han sido publicados en la revista Nature Neuroscience. Los neurocientíficos han estudiado el cerebro mediante grabaciones de señales eléctricas conocidas como datos electrofisiológicos, observando las ondas de voltaje y los picos de neuronas individuales.

En este estudio, se equipó a ratones con auriculares ligeros que registraban la actividad cerebral en 10 regiones diferentes durante meses, generando petabytes de datos. Posteriormente, se introdujeron estos datos en una red neuronal artificial, capaz de diferenciar entre sueño y vigilia a partir de milisegundos de datos de actividad cerebral, lo cual fue sorprendente ya que demostró que el modelo no dependía de las ondas de movimiento lento para aprender la diferencia entre los estados de sueño y vigilia.

“Estamos viendo información a un nivel de detalle sin precedentes”, ha expresado David Haussler, profesor de ingeniería biomolecular y uno de los autores del estudio. Antes se pensaba que toda la información relevante estaba en las ondas de frecuencia más lenta, pero este artículo sugiere que incluso en milisegundos de alta frecuencia hay suficiente para determinar si el tejido está dormido o no. Esto revela algo nuevo sobre lo que podría estar ocurriendo durante el sueño.

Los neurocientíficos comenzaron a eliminar capas de información temporal y espacial para entender qué patrones aprendía el modelo. Finalmente, se descubrió que el patrón hiperrápido de actividad entre unas pocas neuronas era fundamental para detectar el sueño. Estos patrones no podían explicarse por las ondas lentas tradicionales, sugiriendo que las ondas lentas coordinan los patrones locales rápidos, pero los patrones rápidos están más cerca de la esencia del sueño.

Al observar más de cerca los patrones hiperlocales de actividad, los investigadores notaron otro fenómeno sorprendente: “parpadeos” de actividad. Durante una fracción de segundo, una región del cerebro mostraba vigilia mientras el resto permanecía dormido, y viceversa. Estos “parpadeos” obligaron a los investigadores a explorar su significado en la función del sueño y su impacto en el comportamiento. Observaron que cuando una región del cerebro “parpadeaba” para dormir mientras el resto estaba despierto, el ratón se detenía brevemente, y un “parpadeo” durante el sueño se reflejaba en un animal que se sacudía.

Estos parpadeos son sorprendentes porque no siguen las reglas establecidas del ciclo de sueño y vigilia, lo que revela una separación entre el macroestado del animal y la unidad fundamental de estado en el cerebro. Comprender mejor estos patrones y parpadeos puede ayudar a los investigadores a estudiar enfermedades neurodegenerativas y del desarrollo neurológico, que están asociadas con la desregulación del sueño.