Imagen: Jose-Luis Olivares. Fuente: MIT.
Normalmente, se considera que el cerebro está totalmente despierto o completamente dormido. Sin embargo, neurocientíficos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han descubierto un circuito cerebral que puede hacer que pequeñas regiones del cerebro se duerman o permanezcan menos alerta, mientras que el resto del cerebro está despierto.
Este circuito tiene su origen en una estructura del cerebro conocida como núcleo reticular del tálamo (TRN, por sus siglas en inglés). Esta estructura transmite señales al tálamo y luego a la corteza cerebral, induciendo aquellas ondas cerebrales lentas y oscilantes que son características del sueño profundo.
Dichas oscilaciones se dan también durante el coma y bajo el efecto de la anestesia general, y están relacionadas con una disminución de la excitación neuronal (actividad eléctrica de las células del cerebro). Con una activación suficiente en el TRN, las ondas lentas pueden "apoderarse" de todo el cerebro.
Funciones de la TRN
Los investigadores creen que el TRN puede ayudar al cerebro a consolidar nuevos recuerdos, mediante la coordinación de las ondas lentas entre diferentes partes del cerebro. Esta coordinación permite a esas regiones compartir información con mayor facilidad.
"Quizá, durante el sueño, las ondas lentas se extienden al mismo tiempo por diversas regiones específicas del cerebro para que estas intercambien información entre sí, mientras que otras partes no lo hacen", explica al respecto Laura Lewis, investigadora del MIT y una de los principales autoras del estudio, en un comunicado de dicho centro.
Por otra parte, la estructuraTRN también sería responsable de lo que sucede en el cerebro cuando las personas con falta de sueño experimentan la sensación de "andar por la nubes", al tiempo que luchan por mantenerse despiertas, añaden los científicos.
Este circuito tiene su origen en una estructura del cerebro conocida como núcleo reticular del tálamo (TRN, por sus siglas en inglés). Esta estructura transmite señales al tálamo y luego a la corteza cerebral, induciendo aquellas ondas cerebrales lentas y oscilantes que son características del sueño profundo.
Dichas oscilaciones se dan también durante el coma y bajo el efecto de la anestesia general, y están relacionadas con una disminución de la excitación neuronal (actividad eléctrica de las células del cerebro). Con una activación suficiente en el TRN, las ondas lentas pueden "apoderarse" de todo el cerebro.
Funciones de la TRN
Los investigadores creen que el TRN puede ayudar al cerebro a consolidar nuevos recuerdos, mediante la coordinación de las ondas lentas entre diferentes partes del cerebro. Esta coordinación permite a esas regiones compartir información con mayor facilidad.
"Quizá, durante el sueño, las ondas lentas se extienden al mismo tiempo por diversas regiones específicas del cerebro para que estas intercambien información entre sí, mientras que otras partes no lo hacen", explica al respecto Laura Lewis, investigadora del MIT y una de los principales autoras del estudio, en un comunicado de dicho centro.
Por otra parte, la estructuraTRN también sería responsable de lo que sucede en el cerebro cuando las personas con falta de sueño experimentan la sensación de "andar por la nubes", al tiempo que luchan por mantenerse despiertas, añaden los científicos.
Control local del sueño
Hasta la fecha, la mayoría de investigaciones sobre el sueño se habían centrado en el control global del sueño, que ocurre cuando el cerebro entero está inundado de ondas lentas que se crean cuando los conjuntos de neuronas son silenciados durante breves períodos.
Sin embargo, estudios recientes han demostrado que los animales privados de sueño pueden exhibir ondas lentas en algunas partes de su cerebro mientras todavía están despiertos, lo que apunta a que este órgano también puede controlar el estado de alerta a nivel local.
El equipo del MIT centró su investigación delcontrol local del estado de alerta o somnolencia en la TRN porque la ubicación física de esta estructura indica que debe jugar un papel en el sueño.
La TRN rodea el tálamo como una concha y actúa como "guardián" de la información sensorial que entra en el tálamo, que a su vez envía la información a la corteza para su posterior procesamiento.
Utilizando la optogenética, una técnica que permite estimular o silenciar neuronas con luz, los investigadores encontraron que si estimulaban débilmente la TRN en ratones despiertos, aparecían ondas lentas en una pequeña parte de la corteza de sus cerebros. Con una mayor estimulación, toda la corteza mostró ondas lentas.
"También encontramos que cuando se induce estas ondas lentas a través de la corteza, los animales comienzan a comportarse como si tuvieran somnolencia. Dejan de moverse, y su tono muscular se reduce", explica Lewis.
Los investigadores creen que la TRN afina el control del cerebro sobre regiones cerebrales locales, aumentando o reduciendo las ondas lentas en algunas regiones, lo que favorece la comunicación entre ellas o provoca que algunas áreas pasen a estar menos alerta. Esto puede explicar lo que sucede en los seres humanos cuando son privados de sueño y permanecen momentáneamente "desconectados", sin llegar a conciliar el sueño del todo.
Lewis cree que esto ocurre porque el cerebro comienza la transición hacia el sueño "durmiendo" algunas regiones locales, incluso si nos obligamos a permanecer despiertos.
Sueño natural y anestesia general
La comprensión de cómo el cerebro controla la excitación neuronal podría ayudar a los investigadores a diseñar nuevos fármacos para dormir, así como anestésicos que generen un estado más parecido al sueño natural.
Estos anestésicos podrían estimular la TRN para inducir estados de sueño no REM o NREM, que están divididos en tres etapas que progresivamente llevan desde la fase más superficial del sueño a la fase de sueño más profundo.
Hasta la fecha, la mayoría de investigaciones sobre el sueño se habían centrado en el control global del sueño, que ocurre cuando el cerebro entero está inundado de ondas lentas que se crean cuando los conjuntos de neuronas son silenciados durante breves períodos.
Sin embargo, estudios recientes han demostrado que los animales privados de sueño pueden exhibir ondas lentas en algunas partes de su cerebro mientras todavía están despiertos, lo que apunta a que este órgano también puede controlar el estado de alerta a nivel local.
El equipo del MIT centró su investigación delcontrol local del estado de alerta o somnolencia en la TRN porque la ubicación física de esta estructura indica que debe jugar un papel en el sueño.
La TRN rodea el tálamo como una concha y actúa como "guardián" de la información sensorial que entra en el tálamo, que a su vez envía la información a la corteza para su posterior procesamiento.
Utilizando la optogenética, una técnica que permite estimular o silenciar neuronas con luz, los investigadores encontraron que si estimulaban débilmente la TRN en ratones despiertos, aparecían ondas lentas en una pequeña parte de la corteza de sus cerebros. Con una mayor estimulación, toda la corteza mostró ondas lentas.
"También encontramos que cuando se induce estas ondas lentas a través de la corteza, los animales comienzan a comportarse como si tuvieran somnolencia. Dejan de moverse, y su tono muscular se reduce", explica Lewis.
Los investigadores creen que la TRN afina el control del cerebro sobre regiones cerebrales locales, aumentando o reduciendo las ondas lentas en algunas regiones, lo que favorece la comunicación entre ellas o provoca que algunas áreas pasen a estar menos alerta. Esto puede explicar lo que sucede en los seres humanos cuando son privados de sueño y permanecen momentáneamente "desconectados", sin llegar a conciliar el sueño del todo.
Lewis cree que esto ocurre porque el cerebro comienza la transición hacia el sueño "durmiendo" algunas regiones locales, incluso si nos obligamos a permanecer despiertos.
Sueño natural y anestesia general
La comprensión de cómo el cerebro controla la excitación neuronal podría ayudar a los investigadores a diseñar nuevos fármacos para dormir, así como anestésicos que generen un estado más parecido al sueño natural.
Estos anestésicos podrían estimular la TRN para inducir estados de sueño no REM o NREM, que están divididos en tres etapas que progresivamente llevan desde la fase más superficial del sueño a la fase de sueño más profundo.
Referencia bibliográfica:
Laura D Lewis, Jakob Voigts, Francisco J Flores, Lukas I Schmitt, Matthew A Wilson, Michael M Halassa, Emery N Brown. Thalamic reticular nucleus induces fast and local modulation of arousal state. eLife (2015). DOI: 10.7554/eLife.08760.
Laura D Lewis, Jakob Voigts, Francisco J Flores, Lukas I Schmitt, Matthew A Wilson, Michael M Halassa, Emery N Brown. Thalamic reticular nucleus induces fast and local modulation of arousal state. eLife (2015). DOI: 10.7554/eLife.08760.