Los tres estados del cerebro: despierto (izquierda), sueño lento y paradójico. Fuente: INSERM
Científicos franceses han podido filmar, por primera vez, un cerebro, en este caso el de una rata, durante el sueño y registrar su actividad.
Lo han conseguido combinando la técnica de electroencefalografía (EEG), que registra la actividad eléctrica de las neuronas, con una nueva técnica de imágenes obtenidas mediante ultrasonidos funcionales (fUS), que permite visualizar con gran precisión las variaciones en el flujo sanguíneo relacionadas con la actividad neuronal en todo el cerebro de ratas despiertas y en movimiento. Los resultados se han publicado en Nature Communications.
Los científicos están especialmente interesados en el sueño paradójico, una fase durante la cual la actividad cerebral es similar a la de vigilia, si bien con inhibición de la actividad muscular.
Esta fase del sueño se caracteriza especialmente por los movimientos rápidos de los ojos y está relacionada con las funciones de la memoria, ya que se cree desempeña un papel importante en la plasticidad neuronal del hipocampo, es decir, en la capacidad de las neuronas para reconfigurar sus conexiones.
Llamaradas vasculares
La filmación del cerebro durante el sueño demostró un fuerte aumento en el flujo sanguíneo en el cerebro durante la fase de sueño paradójica. Este aumento se caracteriza por ondas que primero llegan a las regiones subcorticales y luego se mueven a lo largo del hipocampo y después a la corteza.
En comparación, las fases del sueño y el despertar no paradójicos tienen volúmenes cerebrales relativamente bajos. Los científicos también han descubierto que durante el sueño paradójico o REM, hay una sincronización vascular entre áreas del cerebro muy alejadas (corteza, hipocampo y tálamo) mucho más grandes que en cualquier otro estado de sueño o vigilia.
La hiperactividad durante el sueño paradójico se caracteriza por dos fases: una cercana a lo que se observa durante la grabación del cerebro de una rata en actividad, y la otra, desconocida hasta ahora, compuesta por aumentos repentinos en la tasa de flujo sanguíneo que los investigadores llaman "llamaradas vasculares". Estas llamaradas duran entre 5 y 30 segundos, pero pueden durar 1 minuto en las regiones corticales y son particularmente poderosas en el hipocampo.
Durante estos momentos de flujo sanguíneo máximo, los investigadores lograron identificar una señal eléctrica en el hipocampo similar a la observada en una rata despierta. Una correlación que rápidamente llamó la atención de los investigadores.
"Esta información es crucial", explica Antoine Bergel, coautor del estudio, en un comunicado. "Puede apuntar a regiones muy específicas del cerebro potencialmente involucradas en la génesis de estos eventos vasculares intensos".
Lo han conseguido combinando la técnica de electroencefalografía (EEG), que registra la actividad eléctrica de las neuronas, con una nueva técnica de imágenes obtenidas mediante ultrasonidos funcionales (fUS), que permite visualizar con gran precisión las variaciones en el flujo sanguíneo relacionadas con la actividad neuronal en todo el cerebro de ratas despiertas y en movimiento. Los resultados se han publicado en Nature Communications.
Los científicos están especialmente interesados en el sueño paradójico, una fase durante la cual la actividad cerebral es similar a la de vigilia, si bien con inhibición de la actividad muscular.
Esta fase del sueño se caracteriza especialmente por los movimientos rápidos de los ojos y está relacionada con las funciones de la memoria, ya que se cree desempeña un papel importante en la plasticidad neuronal del hipocampo, es decir, en la capacidad de las neuronas para reconfigurar sus conexiones.
Llamaradas vasculares
La filmación del cerebro durante el sueño demostró un fuerte aumento en el flujo sanguíneo en el cerebro durante la fase de sueño paradójica. Este aumento se caracteriza por ondas que primero llegan a las regiones subcorticales y luego se mueven a lo largo del hipocampo y después a la corteza.
En comparación, las fases del sueño y el despertar no paradójicos tienen volúmenes cerebrales relativamente bajos. Los científicos también han descubierto que durante el sueño paradójico o REM, hay una sincronización vascular entre áreas del cerebro muy alejadas (corteza, hipocampo y tálamo) mucho más grandes que en cualquier otro estado de sueño o vigilia.
La hiperactividad durante el sueño paradójico se caracteriza por dos fases: una cercana a lo que se observa durante la grabación del cerebro de una rata en actividad, y la otra, desconocida hasta ahora, compuesta por aumentos repentinos en la tasa de flujo sanguíneo que los investigadores llaman "llamaradas vasculares". Estas llamaradas duran entre 5 y 30 segundos, pero pueden durar 1 minuto en las regiones corticales y son particularmente poderosas en el hipocampo.
Durante estos momentos de flujo sanguíneo máximo, los investigadores lograron identificar una señal eléctrica en el hipocampo similar a la observada en una rata despierta. Una correlación que rápidamente llamó la atención de los investigadores.
"Esta información es crucial", explica Antoine Bergel, coautor del estudio, en un comunicado. "Puede apuntar a regiones muy específicas del cerebro potencialmente involucradas en la génesis de estos eventos vasculares intensos".
Técnica provechosa
Este trabajo presenta un gran avance para la investigación en neurociencia. Sin embargo, la técnica fUS utilizada en ratas es actualmente difícil de aplicar en humanos adultos.
Mientras tanto, estos resultados proporcionan una mejor comprensión del vínculo entre la actividad cerebral y vascular, un fenómeno que está implicado en muchas patologías humanas como el accidente cerebrovascular y la epilepsia. La función de la fase paradójica del sueño permanece, por su parte, desconocida.
No es la primera vez que la técnica fUS se emplea para conocer mejor el funcionamiento cerebral. Tal como explicamos en otro artículo, esta técnica ha proporcionado la primera visualización in vivo de la actividad de la corteza piriforme de ratas, durante la percepción del olor. Esta estructura cerebral profunda juega un papel importante en el olfato pero, hasta ahora, había resultado inaccesible para el registro de imágenes.
La técnica se ha empleado asimismo con anterioridad para analizar las diferencias cerebrales de roedores dormidos y despiertos.
Este trabajo presenta un gran avance para la investigación en neurociencia. Sin embargo, la técnica fUS utilizada en ratas es actualmente difícil de aplicar en humanos adultos.
Mientras tanto, estos resultados proporcionan una mejor comprensión del vínculo entre la actividad cerebral y vascular, un fenómeno que está implicado en muchas patologías humanas como el accidente cerebrovascular y la epilepsia. La función de la fase paradójica del sueño permanece, por su parte, desconocida.
No es la primera vez que la técnica fUS se emplea para conocer mejor el funcionamiento cerebral. Tal como explicamos en otro artículo, esta técnica ha proporcionado la primera visualización in vivo de la actividad de la corteza piriforme de ratas, durante la percepción del olor. Esta estructura cerebral profunda juega un papel importante en el olfato pero, hasta ahora, había resultado inaccesible para el registro de imágenes.
La técnica se ha empleado asimismo con anterioridad para analizar las diferencias cerebrales de roedores dormidos y despiertos.
Referencia
Local hippocampal fast gamma rhythms precede brain-wide hyperemic patterns during spontaneous rodent REM sleep. Antoine Bergel et al. Nature Communications, volume 9, Article number: 5364 (2018). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-018-07752-3
Local hippocampal fast gamma rhythms precede brain-wide hyperemic patterns during spontaneous rodent REM sleep. Antoine Bergel et al. Nature Communications, volume 9, Article number: 5364 (2018). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-018-07752-3