No dormir o tener insomnio es incompatible con la vida diaria y por qué necesitamos hacerlo constituye un misterio que la ciencia intenta desentrañar desde hace décadas. Un equipo de investigadores de Washington University in St. Louis (WashU), en Estados Unidos, mostró que, durante las horas de vigilia, se altera progresivamente el estado óptimo del cerebro y que el propósito del sueño sería restaurarlo para que vuelva a alcanzar sus máximas capacidades.
El sueño es una necesidad básica, al igual que la comida o el agua, pero ¿cuál es la verdadera utilidad del sueño? Durante años, lo mejor que encontraron los investigadores al respecto es que el sueño disminuye la somnolencia, pero esto no es una explicación satisfactoria sobre un requisito clave para vivir.
Los autores del nuevo estudio rastrearon la actividad cerebral de ratas dormidas para demostrar que el cerebro necesita restablecer periódicamente su sistema operativo para alcanzar la “criticidad”, un estado que optimiza el pensamiento y el procesamiento.
Keith Hengen, profesor asistente de biología en WashU Hengen comparó el cerebro con un ordenador biológico en el que “la memoria y la experiencia durante la vigilia modifican el código poco a poco, distanciando lentamente al sistema más grande de un estado ideal. El propósito central del sueño es restaurar un estado computacional óptimo”.
Predecir el momento de dormir y despertar
Ralf Wessel, profesor de física y coautor del trabajo afirmó que los físicos estuvieron pensando en la criticidad durante más de 30 años, pero nunca imaginaron que el trabajo tendría implicaciones para el sueño. En el mundo de la física, la criticidad describe un sistema complejo que existe en el punto de inflexión entre el orden y el caos. “En un extremo, todo es completamente normal. En el otro extremo, todo es aleatorio”, dice.
Los resultados del estudio se publicaron en Nature Neuroscience y proporcionan la primera evidencia directa de que el sueño restaura el poder computacional del cerebro. Es una desviación radical de la arraigada suposición de que el sueño debe de alguna manera reponer misteriosas y desconocidas sustancias químicas que se agotan durante la fase de vigilia.
A partir de un estudio que realizaron en 2019, Hengel y Wessel teorizaron que aprender, pensar y estar despierto deben alejar al cerebro de la criticidad y que el sueño está perfectamente posicionado para restablecer el sistema. “Nos dimos cuenta de que esta sería una explicación realmente interesante e intuitiva para el propósito central del sueño. El sueño es una solución a nivel de sistemas para un problema a nivel de sistemas” dijo Hengel.
Cómo fue la investigación
Los investigadores decidieron probar su teoría sobre el papel de la criticidad en el sueño y para ello rastrearon los picos de muchas neuronas en los cerebros de ratas jóvenes durante sus patrones normales de sueño y vigilia. “Se pueden seguir estas pequeñas cascadas de actividad a través de la red neuronal”, explica Hengen. Estas cascadas o avalanchas neuronales reflejan cómo fluye la información a través del cerebro, dijo. “En momentos críticos, pueden ocurrir avalanchas de todos los tamaños y duraciones. Lejos de la criticidad, el sistema se inclina hacia avalanchas pequeñas o grandes. Esto es semejante a escribir un libro y poder utilizar sólo palabras cortas o largas”.
Tal como habían previsto, se produjeron avalanchas de todos los tamaños en las ratas que acababan de despertar de un sueño reparador. A lo largo de la vigilia, las cascadas comenzaron a cambiar adoptando tamaños cada vez más pequeños. Los investigadores descubrieron que podían predecir cuándo los animales estaban a punto de irse a dormir o despertarse siguiendo la distribución de las avalanchas.
Cuando el tamaño de las cascadas se redujo hasta cierto punto, el sueño no estaba muy lejos. “Los resultados sugieren que cada momento de vigilia aleja los circuitos cerebrales relevantes de la criticidad, y el sueño ayuda al cerebro a restablecerse”, dijo Hengen.