El cerebro puede estar dormido y despierto al mismo tiempo

Los científicos han descubierto que pequeñas regiones del cerebro pueden tomar “micro-siestas” mientras el resto del cerebro permanece despierto, y viceversa. Este hallazgo desafía las concepciones tradicionales sobre los estados de sueño y vigilia, y abre nuevas vías para entender la consciencia humana.

Los científicos han descubierto pequeñas regiones del cerebro que pueden entrar en una especie de pequeñas siestas, casi instantáneas, mientras el resto del cerebro está despierto, y viceversa.

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Esto se debe a patrones de actividad neuronal que ocurren a escalas de tiempo extremadamente cortas, de solo milisegundos, que nunca se habían descrito. Un milisegundo es la milésima fracción de un segundo.

Este hallazgo, publicado en la revista Nature Neuroscience, desafía las concepciones tradicionales sobre los estados de sueño y vigilia, y abre nuevas vías para entender la consciencia humana, según los autores de esta investigación.

Patrones neuronales

El equipo, liderado por el Profesor Asistente de Biología Keith Hengen y el Profesor Distinguido de Ingeniería Biomolecular David Haussler, utilizó redes neuronales para analizar patrones de ondas cerebrales a frecuencias extremadamente altas.

Durante cuatro años, los estudiantes de doctorado David Parks y Aidan Schneider entrenaron estas redes para identificar patrones de actividad neuronal que ocurren en milisegundos, mucho más rápidos que las ondas cerebrales típicamente asociadas con el sueño.

Tradicionalmente, el sueño se ha caracterizado por ondas cerebrales lentas y duraderas que recorren todo el órgano.

Sin embargo, este estudio ha demostrado que el sueño también puede detectarse mediante patrones de actividad neuronal de solo milisegundos de duración.

Nueva perspectiva

"Estamos viendo información a un nivel de detalle sin precedentes", afirma David Haussler, profesor distinguido de Ingeniería Biomolecular en UC Santa Cruz.

"La sensación previa era que no se encontraría nada allí, que toda la información relevante estaba en las ondas de baja frecuencia. Este descubrimiento significa que, si ignoras las mediciones convencionales y miras los detalles de la medición de alta frecuencia durante solo una milésima de segundo, hay suficiente información para saber si el tejido está dormido o no", añade Haussler.

Destellos de consciencia

Al profundizar en estos patrones de actividad neuronal a alta frecuencia, los investigadores descubrieron otro fenómeno sorprendente: "destellos" en los que una región cerebral entra en sueño o vigilia por un instante, mientras el resto del cerebro permanece en el estado opuesto.

"Podríamos ver los puntos de tiempo individuales en los que estas neuronas disparaban, y estaba bastante claro que [las neuronas] estaban pasando a un estado diferente", explica Aidan Schneider, estudiante de doctorado de la Universidad de Washington.

Estos "destellos" no siguen las reglas establecidas del ciclo de sueño y vigilia, lo que sugiere que el estado general del cerebro (despierto o dormido) y los patrones locales de actividad neuronal son fenómenos separados, según estos investigadores, lo que suscita algunas cuestiones sobre la naturaleza de la consciencia.

Implicaciones y aplicaciones

Comprender estos patrones de actividad neuronal a alta frecuencia y los "destellos" entre sueño y vigilia podría ayudar a los investigadores a estudiar mejor las enfermedades neurodegenerativas y del neurodesarrollo, que se asocian con la desregulación del sueño.

"Esto nos da potencialmente un bisturí muy, muy afilado con el que arañar en estas preguntas sobre enfermedades y trastornos", afirma Keith Hengen, profesor asistente de Biología en la Universidad de Washington.

Complejidad cerebral

En un nivel fundamental, este trabajo ayuda a avanzar en la comprensión de los múltiples niveles de complejidad del cerebro como el órgano que dicta el comportamiento, las emociones y la consciencia.

El equipo planea continuar explorando estos patrones de ondas cerebrales de alta frecuencia para comprender mejor cómo influyen en otros aspectos de la función cerebral y el comportamiento.

Este enfoque innovador podría revolucionar la forma en que tratamos los trastornos del sueño y otras condiciones neurológicas.

Referencia

Medial entorhinal cortex mediates learning of context-dependent interval timing behavior. Erin R. Bigusm et al. Nature Neuroscience (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-024-01683-7