Imagen: Aweisenfels. Fuente: Wikipedia.
La fase REM del sueño de los mamíferos, donde los sueños se producen, ha fascinado siempre a los científicos, médicos, filósofos y artistas por igual, pero la identidad de las neuronas que controlan el sueño REM, y su función en el sueño, han sido motivo de controversia debido a la falta de métodos genéticos precisos para estudiar el cerebro dormido.
Ahora, en una notable demostración de una reciente tecnología cerebral, los neurocientíficos proporcionan las primeras respuestas a dos preguntas: han identificado un circuito neuronal en el cerebro que regula el sueño REM, y demuestran que el sueño REM controla la fisiología de la otra fase importante del sueño, llamada no-REM (NREM).
Un equipo de investigación japonés, dirigido por Yu Hayashi, del Instituto Internacional de Medicina del Sueño Integrativa de la Universidad de Tsukuba (Japón), y por Shigeyoshi Itohara, del Instituto de Ciencia Cerebral Riken de Tsukuba, ha publicado el estudio en la revista Science esta semana.
El estudio, informa la universidad en una nota recogida por AlphaGalileo, comenzó cuando el equipo se dio cuenta de que muchas células de un área del cerebro llamada puente troncoencefálico, donde se sospechaba que se controlaba el sueño REM, en realidad eran visitantes de un área del cerebro distante, llamada labio rómbico, durante el desarrollo embrionario temprano. Como si fueran detectives neuronales, el equipo razonó que si podían marcar las células del labio rómbico, podrían seguir su migración al puente y reactivarlas artificialmente durante el sueño. Sin embargo, no existía tal método, hasta hace poco.
El método se llama Dreadd, y la técnica genética implica a ratones transgénicos que expresan un receptor Dreadd en las células del labio rómbico que expresan la proteína Atoh1 durante la etapa de desarrollo, y que luego emigran al puente. Los investigadores aplicaron un fármaco que se une al receptor llamado CNO para activar las células en el puente durante el sueño, y las observaron mediante electrodos colocados en la cabeza.
Los datos mostraron que la activación de las células Atoh1 que son excitatorias podía suprimir el sueño REM, lo que lleva a un aumento del sueño NREM. También se identificó un segundo conjunto de células inhibitorias REM.
Ahora, en una notable demostración de una reciente tecnología cerebral, los neurocientíficos proporcionan las primeras respuestas a dos preguntas: han identificado un circuito neuronal en el cerebro que regula el sueño REM, y demuestran que el sueño REM controla la fisiología de la otra fase importante del sueño, llamada no-REM (NREM).
Un equipo de investigación japonés, dirigido por Yu Hayashi, del Instituto Internacional de Medicina del Sueño Integrativa de la Universidad de Tsukuba (Japón), y por Shigeyoshi Itohara, del Instituto de Ciencia Cerebral Riken de Tsukuba, ha publicado el estudio en la revista Science esta semana.
El estudio, informa la universidad en una nota recogida por AlphaGalileo, comenzó cuando el equipo se dio cuenta de que muchas células de un área del cerebro llamada puente troncoencefálico, donde se sospechaba que se controlaba el sueño REM, en realidad eran visitantes de un área del cerebro distante, llamada labio rómbico, durante el desarrollo embrionario temprano. Como si fueran detectives neuronales, el equipo razonó que si podían marcar las células del labio rómbico, podrían seguir su migración al puente y reactivarlas artificialmente durante el sueño. Sin embargo, no existía tal método, hasta hace poco.
El método se llama Dreadd, y la técnica genética implica a ratones transgénicos que expresan un receptor Dreadd en las células del labio rómbico que expresan la proteína Atoh1 durante la etapa de desarrollo, y que luego emigran al puente. Los investigadores aplicaron un fármaco que se une al receptor llamado CNO para activar las células en el puente durante el sueño, y las observaron mediante electrodos colocados en la cabeza.
Los datos mostraron que la activación de las células Atoh1 que son excitatorias podía suprimir el sueño REM, lo que lleva a un aumento del sueño NREM. También se identificó un segundo conjunto de células inhibitorias REM.
El papel
Después de identificar las células responsables de la inhibición del sueño REM, los investigadores pasaron a examinar el papel de la fase REM en la fisiología general de sueño. Hicieron grabaciones de los cerebros de los ratones durante el sueño NREM, que se caracteriza por grandes ondas lentas de actividad que barren el cerebro, en contraste con la actividad relativamente tranquila y desincronizada del sueño REM.
Utilizando el sistema Dreadd acortaron o alargaron el sueño REM y se sorprendieron al encontrar que la amplitud de las ondas lentas durante el siguiente sueño NREM se hacían correspondientemente más pequeñas o más grandes. Los resultados demuestran por primera vez que las fases del sueño interactúan en una jerarquía, con el sueño NREM bajo el control del sueño REM.
Los resultados tienen implicaciones para cómo y por qué el sueño de los mamíferos evolucionó a su estructura actual de dos fases. Se sabe que los nuevas experiencias durante la vigilia se almacenan en el cerebro durante el sueño NREM posterior, y que las ondas lentas juegan un papel importante en este proceso. Según el nuevo estudio, el sueño REM también contribuye a este proceso, debido a que la generación de ondas lentas durante el sueño NREM se basa en el sueño REM.
Los autores planean continuar usando Dreadd y otras tecnologías de la investigación del cerebro que están siendo desarrolladas por los neurocientíficos para tratar de determinar el papel evolutivo real del sueño REM en los mamíferos y encontrar las respuestas a otros misterios. Entre estos, advierten que los ratones de laboratorio no tienen sueños medibles, aunque pueden reproducir secuencias de actividad del día anterior en la fase NREM. La relación entre el sueño REM y la repetición de la experiencia en NREM es un área de interés futuro.
Después de identificar las células responsables de la inhibición del sueño REM, los investigadores pasaron a examinar el papel de la fase REM en la fisiología general de sueño. Hicieron grabaciones de los cerebros de los ratones durante el sueño NREM, que se caracteriza por grandes ondas lentas de actividad que barren el cerebro, en contraste con la actividad relativamente tranquila y desincronizada del sueño REM.
Utilizando el sistema Dreadd acortaron o alargaron el sueño REM y se sorprendieron al encontrar que la amplitud de las ondas lentas durante el siguiente sueño NREM se hacían correspondientemente más pequeñas o más grandes. Los resultados demuestran por primera vez que las fases del sueño interactúan en una jerarquía, con el sueño NREM bajo el control del sueño REM.
Los resultados tienen implicaciones para cómo y por qué el sueño de los mamíferos evolucionó a su estructura actual de dos fases. Se sabe que los nuevas experiencias durante la vigilia se almacenan en el cerebro durante el sueño NREM posterior, y que las ondas lentas juegan un papel importante en este proceso. Según el nuevo estudio, el sueño REM también contribuye a este proceso, debido a que la generación de ondas lentas durante el sueño NREM se basa en el sueño REM.
Los autores planean continuar usando Dreadd y otras tecnologías de la investigación del cerebro que están siendo desarrolladas por los neurocientíficos para tratar de determinar el papel evolutivo real del sueño REM en los mamíferos y encontrar las respuestas a otros misterios. Entre estos, advierten que los ratones de laboratorio no tienen sueños medibles, aunque pueden reproducir secuencias de actividad del día anterior en la fase NREM. La relación entre el sueño REM y la repetición de la experiencia en NREM es un área de interés futuro.
Referencia bibliográfica:
Yu Hayashi, Mitsuaki Kashiwagi, Kosuke Yasuda, Reiko Ando, Mika Kanuka, Kazuya Sakai, y Shigeyoshi Itohara: Cells of a common developmental origin regulate REM/non-REM sleep and wakefulness in mice. Science 2015. DOI: 10.1126/science.aad1023.
Yu Hayashi, Mitsuaki Kashiwagi, Kosuke Yasuda, Reiko Ando, Mika Kanuka, Kazuya Sakai, y Shigeyoshi Itohara: Cells of a common developmental origin regulate REM/non-REM sleep and wakefulness in mice. Science 2015. DOI: 10.1126/science.aad1023.