Dormir es el precio que paga el cerebro por aprender

¿Por qué los seres vivos tienen que dormir? Después de todo, el sueño los desconecta de su entorno, los pone en peligro, e impide que busquen alimentos o compañeros durante una gran parte de la jornada…

Se suele creer que los animales duermen porque, gracias a esta actividad, se refuerzan las conexiones neuronales de sus cerebros. Sin embargo, dos destacados especialistas del sueño de la Escuela de Medicina de la Universidad de Wisconsin (EEUU) desafían esta idea. Y lo hacen con una teoría bautizada como “hipótesis de la homeostasis sináptica” (SHY) del sueño.

La hipótesis SHY señala que el sueño es importante por otra causa: porque debilita las conexiones entre las células cerebrales (o neuronas) para ahorrar energía, evitar el estrés celular, y mantener la capacidad de dichas células para responder a los estímulos de manera selectiva.

"El sueño es el precio que el cerebro tiene que pagar por el aprendizaje y la memoria", afirma uno de estos dos científicos, Giulio Tononi, en un comunicado de dicha Universidad. "Durante la vigilia, el aprendizaje fortalece las conexiones sináptica de todo el cerebro, lo que aumenta la necesidad de energía y satura el cerebro con nueva información. El sueño permite al cerebro recuperarse, y ayuda a integrar el material recién aprendido en recuerdos consolidados, por lo que puede comenzar de nuevo el día siguiente".

Tononi y su colaboradora, Chiara Cirelli, ambos profesores de psiquiatría, han explicado y justificado su hipótesis en un artículo publicado por la revista Neuron, en el que se revisan evidencias recopiladas durante años en estudios con humanos y animales, así como en investigaciones moleculares, electrofisiológicas y conductuales, y en simulaciones realizadas por ordenador.

El ejemplo de la bicicleta

En general, la SHY hace referencia a la capacidad del cerebro para mantener el equilibrio en la fuerza de las conexiones entre las células nerviosas. Tononi y Cirelli la ejemplifican de la siguiente forma: Supongamos que alguien ha pasado sus horas de vigilia adquiriendo una nueva habilidad, como montar en bicicleta.

Los circuitos implicados en este aprendizaje se refuerzan enormemente durante el proceso pero, al día siguiente, el cerebro tendrá que prestar atención al aprendizaje de otras cosas. Por lo tanto, tiene que amortiguar la fortaleza de las conexiones interneuronales creadas para aprender a montar en bicicleta, de tal manera que éstas no interfieran en cualquier otro nuevo aprendizaje.

"El sueño ayuda al cerebro a volver a normalizar la fuerza sináptica a partir de un muestreo integral de su conocimiento general del entorno, y no a partir de las señales particulares de un día de vigilia concreto", explica Tononi.

Entonces, ¿por qué no olvidamos cómo montar en bicicleta al día siguiente de haber aprendido a hacerlo, y tras un sueño reparador? Según los científicos porque, precisamente, los circuitos neuronales implicados en ese aprendizaje son, mientras dormimos, menos debilitados que otros circuitos, que no participaron activamente en el proceso de aprendizaje.

Según Tononi y Cirelli, la consolidación y la integración de recuerdos, así como la restauración de la capacidad de aprender, se derivarían por tanto de la capacidad del sueño de disminuir la fuerza sináptica.

Cuestiones pendientes

Aunque la revisión de estudios realizada por los investigadores parece arrojar pruebas que demuestran la SHY, también abre nuevas preguntas. Una de ellas, ¿podría el cerebro lograr la homeostasis sináptica durante la vigilia, manteniendo sólo algunos circuitos neuronales implicados en los procesos cognitivos, y el resto no, de manera que éstos se vayan restableciendo aunque no se duerma?

Otros elementos de investigación en el futuro incluirán la función específica de la fase MOR del sueño (durante la cual se presenta la mayor frecuencia e intensidad de las llamadas ensoñaciones o imágenes oníricas) en el aprendizaje, y el papel posiblemente crucial del sueño durante el desarrollo, una época de aprendizaje intenso y remodelación masiva del cerebro.

Limpieza nocturna del cerebro

Aunque éstas y otras investigaciones han demostrado que el sueño ayuda a almacenar y consolidar los recuerdos, esos beneficios no parecen superar la vulnerabilidad que supone dormir, lo que ha llevado a los científicos a especular con una función más importante para el ciclo de sueño-vigilia.

Uno de estos estudios, realizado por investigadores de la Universidad de Rochester (Nueva York, EEUU) reveló recientemente que los seres vivos duermen para limpiar el cerebro; liquidar activamente los subproductos de la actividad neuronal acumulados durante la vigilia. Entre estos residuos se encuentra la proteína beta-amiloide, responsable de la enfermedad de Alzheimer y de otros trastornos neurológicos.

De esta limpieza parece encargarse el 'sistema glinfático', descubierto el año pasado por estos mismos investigadores, que supliría el papel del sistema responsable de la eliminación de residuos celulares en el resto del cuerpo –el sistema linfático–, cuya función no se extiende a este órgano.

Los científicos de Rochester comprobaron que el sistema glinfático era casi diez veces más activo durante el sueño. Además, encontraron que, durante el sueño, el tamaño de las células del cerebro se reduce un 60%, lo que permite que los residuos se eliminen con mayor eficacia.

Referencia bibliográfica:

Giulio Tononi, Chiara Cirelli. Sleep and the Price of Plasticity: From Synaptic and Cellular Homeostasis to Memory Consolidation and Integration. Neuron (2014). DOI: 10.1016/j.neuron.2013.12.025.