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Que hace el cerebro mientras dormimos ( Creces, 2007 )
Gastamos casi un tercio de nuestras vidas durmiendo y no sabemos por qué ni para que. Pero debe existir una razón muy poderosa ya que tanto los mamíferos como las aves e incluso los insectos duermen. Una rata que no duerme se deteriora progresivamente y muere antes de 20 días.
El cerebro no descansa ni siquiera mientras dormimos. Cuando reposamos la cabeza sobre la almohada, y perdemos la conciencia, las neuronas no duermen. Por el contrario continúa una febril actividad, pudiendo detectarse pulsos eléctricos sincronizados que viajan continuamente en la superficie cerebral, manteniendo conectada la actividad neuronal. ¿Cuál es el sentido de todo eso? La verdad es que para tratar de explicarlo sólo existen teorías.
Midiendo la actividad eléctrica del cerebro durante el sueño, se puede observar que esta no es homogénea. Por el tipo de ondas que se generan, se puede distinguir dos ciclos diferentes. Hay un sueño con ondas de actividad eléctricas lentas, que dominan durante las primeras horas del sueño. Otro segundo ciclo, se caracteriza porque las ondas son rápidas y desorganizadas. Este ciclo que se intercala dentro del otro, se caracteriza porque bajo los párpados se puede apreciar un rápido movimiento de los ojos y es por esto que se llama sueño REM (Rapid Eye Movement). Durante este ciclo es cuando generalmente se sueña.
¿Qué función desempeña el sueño que parece tan indispensable? La mayor parte de los especialistas piensa que durante el sueño el cerebro refuerza experiencias del día para fortalecer la memoria. Las razones que soportan esta creencia se basan en experimentos realizados tanto en animales como en humanos.
Pero no todos aceptan esta explicación. Otros sugieren que la memoria y otros beneficios cognitivos sólo son efectos colaterales de la verdadera función del sueño. La principal sería tranquilizar a las sinapsis que durante el día se han llegado a sobre excitar y necesitarían reorganizarse antes de iniciar la nueva vigilia.
El sueño y la memoria
Previamente es necesario reconocer que la memoria es parte integral de lo que es la persona. Ella es indispensable para desarrollar nuestra inteligencia y formar nuestra personalidad. Se necesita aprender y recordar para asegurar nuestra subsistencia y para relacionamos con los otros. Sin ella se pierde el psiquis, no se acumula experiencia y pasamos a ser entes extraños. Aquí es dónde para algunos el sueño tiene su justificación ( Avances en el mecanismo de la memoria).
Durante los estados de vigilia continuamente percibiendo sonidos, olores, objetos y hechos. Sin embargo no todo lo que nuestros sentidos perciben queda grabado en nuestra memoria, ya que parecen existir procesos de cedazo o refuerzos que permiten gravar y coordinar lo captando según su importancia. Para algunos ese necesario ordenamiento, producto de experiencias recientes, ocurriría durante el sueño ( Por qué tenemos que dormir).
La primera experiencia en experimentos de que el cerebro trabaja en la ordenación de recuerdos recientes, viene de investigaciones realizadas en ratas por Bruce McNaughton y Matthew Wilson de la Universidad de Arizona, Tucson, durante los años de la década 1990-2000. Ellos detectaron la actividad eléctrica de neuronas a las que denominaron "lugares cerebrales" ubicados en el hipocampo de las ratas. Estas neuronas tenían una afinidad para localizaciones específicas, de modo que cuando la rata corría dentro de su entorno, un determinado lugar de células del hipocampo se activaba. Si la rata tomaba una ruta diferente en su recorrido, eran otros los lugares celulares que se activaban. En investigaciones complementarias posteriores comprobaron que durante el sueño de la rata se activaban precisamente los mismos grupos celulares que durante la vigilia se habían estimulado mientras la rata los había recorrido, como si el animal repitiera estas etapas durante el sueño.
Lo mismo que ocurre en ratas también se ha comprobado en los humanos. Pierre Maquet y sus colaboradores de la Universidad de Liège, Bélgica, utilizaron la Tomografía de Emisión de Positrones (TEP) para captar la imagen de la actividad celular en siete sujetos, mientras eran sometidos a un proceso de aprendizaje de un test computacional (apretar teclas en respuesta a la aparición de una mancha en varios lugares de la pantalla), lo suficientemente complicado como para comprometer varias áreas cerebrales específicas. Registraban así diversas áreas cerebrales en la medida que se estimulaban durante el desarrollo del test. Luego en estas mismas personas estudiaban la actividad cerebral durante el sueño REM, comprobando que se activaban las mismas áreas cerebrales que antes se estimulaban durante el proceso de aprendizaje. Con estos resultados los autores concluyeron que durante el sueño se ayuda a gravar el proceso de aprendizaje (la memoria) en forma permanente. (Nat Neurosc. 3:831, 2000).
Jan Born, neurocientista de la Universidad de Lübeck, Alemania, ha confirmado los hallazgos de Maquet y colaboradores, completándolos con una nueva variable que trata de averiguar si la potenciación artificial del aprendizaje, mejorando la actividad neuronal durante el sueño, puede mejorar el rendimiento de la memoria (Science 315:1426, Marzo 2007). Para ello Born y sus colaboradores sometieron a voluntarios a un test más complejo de memorización, utilizando diversas cartas que tenían que memorizar. Luego los investigadores usaron las imágenes de electro encefalogramas para monitorear la actividad cerebral de los mismos voluntarios durante el sueño.
Cuando los voluntarios entraron a la etapa del sueño de ondas suaves, a algunos de ellos les esparcieron en el aire un aroma de rosas. Previamente ellos le habían esparcido este aroma a los mismos sujetos durante el aprendizaje, razonando que a ellos la detección del aroma durante el sueño les reactivaría la memoria del ejercicio del día anterior. Durante el sueño, registrando imágenes mediante resonancia nuclear magnética, se reveló que el aroma de rosas activó el hipocampo y que al próximo día recordaban mejor las cifras de las mismas cartas con que habían sido entrenadas. El mismo registro incluso mejoró al día subsiguiente. En los sujetos que no recibieron el aroma no se produjo un reforzamiento de la memoria. Según Wilson, "éste sería el primer estudio que demuestra que se puede influir en la memoria con estímulos que explícitamente activan el hipocampo durante el sueño".
Los hallazgos de Born calzan con la creencia que el cerebro archiva la memoria a largo plazo en un lugar alejado, proceso que los neurocientistas llaman "consolidación de la memoria". De acuerdo a esta hipótesis, la memoria primero se codifica en el hipocampo, y en cuestión de horas o días, se transfiere la información a la corteza cerebral en un almacenaje de largo tiempo. Muchos hechos evidentes apoyan este escenario, y entre ellos las observaciones de personas que han sufrido amnesia después de un daño del hipocampo, pueden aún recordar acontecimientos y hechos previos a la injuria, aun cuando no son capaces de formar nuevas memorias ( Por qué y cómo recordamos). En estos pacientes la memoria antigua debe residir en alguna otra parte diferente al hipocampo, en la neocorteza. Es desconocido cómo el cerebro puede transferir la memoria desde el hipocampo a la neo-corteza, pero se puede asumir que para ello debe existir algún tipo de comunicación que vaya y vuelva, en ambos sentidos, interconectando las dos estructuras. "Es la primera vez que vemos secuencias entre el hipocampo y la neocorteza y su coordinación en tiempo" dice Maquet.
Algunos investigadores, en base a experiencias recientes, sospechan que la función del cerebro va más allá de simplemente fortalecer la memoria durante el sueño. Born y su grupo recientemente comunican en la revista "Nature" (2004), que voluntarios sometidos a un test complejo, después de una noche de sueño tienen nuevas iluminaciones que les permiten resolver problemas mucho mas rápidamente a diferencia de aquellos que no han dormido durante la noche. "Existe una creciente aceptación que durante el sueño existe un proceso de aprendizaje activo", dice Wilson.
"Hay evidencias que durante las diferentes etapas del sueño se consolidan diferentes tipos de memoria", señala Matthew Walter, neurocientista de Harvard Medical School. Memorias espaciales como las que se forman navegando por un laberinto o través de una ciudad virtual, parecen consolidarse durante el sueño caracterizado por ondas lentas. Lo mismo parece ser verdadero para las memorias declarativas, que incluye el recuerdo de hechos, pero no necesariamente otros tipos de memorias. Algunos estudios han encontrado que durante el sueño REM el cerebro procesa memorias con fuertes componentes emocionales. Según Walter, "el por qué de estas divisiones no está en absoluto claro".
No es fácil ser más preciso, ya que parece que el hipocampo no sólo tiene que ver con la memoria, sino también con la capacidad de visualizar el futuro. Según un estudio publicado recientemente “on líne” en el Proceeding of the National Academy of Science, por Eleanor Maguire y sus colaboradores de la University College de Boston, personas con amnesia no sólo tienen dificultad para recordar, sino también para imaginarse alternativas futuras. Lynn Nadel, neurocientista cognitivo de la Universidad de Arizona, en Tucson, afirma que "el mismo sistema que usamos para recordar, también lo usamos para construir posibles alternativas futuras". Es decir, el hipocampo tiene un rol mucho mas amplio en lo cognitivo de lo que hasta ahora se había imaginado. Los enfermos con amnesia por daño del hipocampo, también tienen dificultades para imaginar las posibles experiencias futuras.
Otros piensan distinto
Otros investigadores no comulgan con la idea que la actividad primaria del cerebro durante el sueño tenga sólo la misión de reforzar experiencias recientes. Giulio Tononi, un neurocientista de la Universidad de Wisconsin, Madison, ha elaborado una hipótesis muy diferente. El propone que el objeto del sueño, por lo menos en lo que al cerebro se refiere, es debilitar las conexiones nerviosas interneuronales que se establecen durante el día.
Desde el punto de vista de Tinoni, durante el día las conexiones sinápticas entre las neuronas se van haciendo progresivamente más fuertes, como consecuencia de un largo proceso de potenciación (LTP: Long-Term Potentiation). Se trata de un proceso fisiológico por el cual las neuronas que disparan al mismo tiempo fortalecen entre ellas sus conexiones. Muchos neurocientistas consideran LTP como el mayor mecanismo de la plasticidad neuronal y por lo tanto del aprendizaje y la memoria (Science, Diciembre 22 del 2006). "Un día de LTP puede ser demasiado de lo bueno", dice Tinoni. El engrosamiento de las sinapsis incrementa el requerimiento energético del cerebro, lo que es preocupante si consideramos que el cerebro es un órgano que consume el 20% de las calorías diarias de la persona. Por otra parte las sinapsis más fuertes también ocupan mayor espacio. Finalmente, demasiado LTP puede saturar las sinapsis, dejándolas imposibilitadas de fortalecerse cuando el cerebro necesita aprender algo nuevo.
El sueño restablece la homeostasis retrotrayendo la fortaleza de las sinapsis. "Este es un rol mucho más importante que potenciar el rendimiento de la memoria", señala Tinoni. "El sueño es un precio muy alto que estaríamos pagando por el benéfico de potenciar en un 15% la memoria”. "Creo que el rol que debe tener el sueño para beneficio de la neurona debe ser mucho más importante".
"Una de las más constantes inconsistencias en la literatura es que la deprivación total del sueño no logra demostrar un efecto deletéreo sobre la memoria declarativa", dice Jerome Siegel, Neurocientista de la Universidad de California, en Los Angeles. También a Siegel le parece absurdo que el sueño le aporte al animal un beneficio que es relativamente modesto como es consolidar la memoria, frente al riesgo de permanecer sin respuesta por horas cada día. "No concibo que exista alguna conexión entre el sueño y la memoria" dice Siegel. Por el contrario, piensa que el sueño es una ayuda para el animal para conservar energía que necesita su organismo y al mismo tiempo permitirle estar inactivo cuando es menos posible encontrar alimento y también es menos probable que se lo coman (en la noche).
Probablemente las discrepancias continúen mientras no dispongamos de métodos y tecnologías más apropiadas para comprender las complejas funciones de las neuronas. Por ahora no podemos ir más allá del campo de las hipótesis. Lo único cierto es que se duerme en la noche.
• Grev Millar: Hunting for Meaning after midnight. Science, 315:1360, 2007.
Fig.: Una noche de sueño. En la primera etapa predominan las ondas lentas y luego viene el sueño REM.
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