Por primera vez, los científicos han descubierto que una pequeña región de nuestro cerebro se apaga para dormir durante microsegundos mientras estamos despiertos. Es más, estas mismas zonas ‘parpadean’ cuando dormimos. Estos nuevos hallazgos pueden proporcionar información importante sobre las enfermedades neurodegenerativas y del desarrollo neurológico relacionadas con la desregulación del sueño.
Científicos de la Universidad de Washington (Washington) en St. Louis y la Universidad de California en Santa Cruz (UCSC) hicieron estos descubrimientos por casualidad, observando cómo las ondas cerebrales se detienen repentinamente durante apenas milisegundos mientras estamos despiertos. Y en esta misma región, esas ondas cerebrales vibran repentinamente al mismo tiempo que dormimos.
«Con herramientas poderosas y nuevos métodos computacionales, desafiando nuestros supuestos fundamentales y preguntando ‘¿qué es un estado?’ «Hay mucho que ganar si se vuelve a examinar esa cuestión», afirmó Keith Hengen, profesor asistente de biología en Washington. «El sueño o la vigilia es el mayor determinante de tu comportamiento, y luego todo lo demás cae a partir de ahí. Así que si no entendemos qué son el sueño y la vigilia, parece que hemos perdido el tren.
Hasta ahora, los estados de sueño y vigilia se han definido por patrones generales de ondas cerebrales (ondas alfa, beta y theta cuando estamos despiertos, delta cuando no lo estamos), por lo que estas anomalías de «parpadeo» desafían lo que hemos entendido hasta ahora. . Estos diferentes estados.
«Para nosotros, como científicos, es sorprendente que diferentes partes de nuestro cerebro duerman un poco mientras el resto del cerebro está despierto, aunque es posible que muchas personas ya lo hayan sospechado en sus parejas», bromea David Hausler, profesor de ingeniería biomolecular. en la UCSC.
En un estudio de cuatro años que recopiló cantidades masivas de datos electrofisiológicos, los científicos registraron el voltaje de las ondas cerebrales en 10 regiones cerebrales diferentes en ratones. Durante varios meses, rastrearon la actividad de pequeños grupos de neuronas en microsegundos. Luego, los petabytes de datos fueron analizados por una red neuronal artificial para detectar patrones y aislar anomalías de microsegundos que los estudios en humanos pasaron por alto.
«Estamos viendo información con un nivel de detalle sin precedentes», dijo Hausler. «La sensación anterior era que no había nada allí, que toda la información relevante estaba en las ondas de frecuencia lenta. Este documento dice que si ignoras las mediciones tradicionales y miras los detalles de las mediciones de alta frecuencia de solo una milésima de segundo , eso es suficiente para saber si el tejido está dormido o no. Algo en una escala muy rápida nos dice lo que está sucediendo: una nueva pista de lo que sucede durante el sueño.
A través del aprendizaje automático, los científicos se centraron en tramos de milisegundos de datos de actividad cerebral y la rápida actividad entre un par de neuronas en un área que parece contraria a la corriente pero que es fundamental para dormir, generalmente representada por ondas delta de movimiento lento. . Y observaron la tasa de actividad opuesta durante los períodos clásicamente definidos como despiertos, que el equipo llamó «parpadeos».
«Tomamos toda la información que la neurociencia ha utilizado para comprender, definir y analizar el sueño durante el último siglo y nos preguntamos: ‘¿El modelo aún puede aprender en estas condiciones?'», dijo David Parks, investigador de la UCSC. «Nos permitió ver señales que no entendíamos antes».
Básicamente, lo que muestran los datos es que incluso cuando estamos despiertos, en esa pequeña área del cerebro, algunas neuronas están cambiando al modo de sueño, mientras que el resto del órgano funciona con normalidad.
«Pudimos ver puntos de tiempo individuales en los que estas neuronas se activaban, y estaba claro que (las neuronas) estaban en transición a un estado diferente», dijo el investigador de WashU Aidan Schneider. «En algunos casos, estos parpadeos pueden estar restringidos a una sola región del cerebro, quizás más pequeña».
Luego, los investigadores intentaron ver si se podía observar alguna respuesta fisiológica durante estas microsiestas de fracciones de segundo. Se sorprendieron al descubrir que los ratones se «desconectaban» brevemente y, durante el sueño, los animales convulsionaban durante esos mismos momentos de «parpadeo».
«Estamos analizando despertar con parpadeos REM, parpadeos REM y no REM; vemos todas estas combinaciones posibles y rompen las reglas que cabría esperar según cien años de literatura», dijo Hengen. «Creo que revelan una separación entre el macroestado (sueño y vigilia) a nivel de todo el animal, y la unidad básica de estado en el cerebro: patrones rápidos y locales».
Los hallazgos pueden proporcionar nuevos conocimientos sobre las condiciones asociadas con el sueño desregulado, proporcionando un nuevo objetivo para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas y del desarrollo neurológico.
«Nos proporciona un bisturí muy afilado con el que abordar estas cuestiones de enfermedades y trastornos», afirmó Hengen. «Cuanto más fundamentalmente comprendamos qué son el sueño y la vigilia, más problemas clínicos y relacionados con las enfermedades podremos abordar».
El estudio fue publicado en la revista Neurociencia de la naturaleza.
Fuente: Universidad de Santa Cruz
