Cuando soñamos, nuestros cerebros se llenan de una ruidosa actividad eléctrica que parece casi idéntica a la del cerebro despierto.
Pero los investigadores de la Universidad de California, en Berkeley, han extraído una señal del ruido que define de forma exclusiva el sueño de los sueños, o sueño REM, lo que podría facilitar la monitorización de las personas con trastornos del sueño, así como de los pacientes inconscientes en coma o bajo anestesia.
Cada año, cientos de miles de personas se someten a estudios nocturnos para diagnosticar problemas de sueño, la mayoría de ellas conectadas a un electroencefalograma (EEG) para controlar la actividad cerebral a medida que pasan de la vigilia al sueño profundo de ondas lentas y al sueño REM. Pero los electroencefalogramas por sí solos no pueden decir si un paciente está despierto o soñando: Los médicos sólo pueden distinguir el sueño REM registrando el movimiento rápido de los ojos -de ahí su nombre- y el tono muscular, ya que nuestros cuerpos se relajan en una parálisis general para evitar que actuemos en nuestros sueños.
«Ahora sí tenemos una métrica que nos dice con precisión cuándo estamos en el sueño REM. Es una métrica universal de estar inconsciente», dijo Robert Knight, profesor de psicología y neurociencia de la UC Berkeley y autor principal de un artículo que describe la investigación y que se publicó el 28 de julio en la revista en línea eLife.
«Estos nuevos hallazgos muestran que, enterrado en la estática eléctrica del cerebro humano, hay algo totalmente único: una simple firma», dijo el coautor e investigador del sueño Matthew Walker, profesor de psicología y neurociencia de la UC Berkeley. «Y si medimos esa sencilla firma eléctrica, por primera vez podemos determinar con exactitud el estado de conciencia que experimenta alguien: soñando, completamente despierto, anestesiado o en sueño profundo».
La capacidad de distinguir el sueño REM mediante un electroencefalograma permitirá a los médicos monitorizar a las personas anestesiadas durante una intervención quirúrgica para explorar en qué se diferencia la inconsciencia inducida por los narcóticos del sueño normal, una cuestión aún no resuelta. Esa es la razón principal por la que la primera autora, Janna Lendner, residente de anestesiología, inició el estudio.
«A menudo les decimos a nuestros pacientes que ‘ahora se van a dormir’, y tenía curiosidad por saber hasta qué punto estos dos estados se solapan realmente», dijo Lendner, becaria postdoctoral de la UC Berkeley en su cuarto año de residencia en anestesiología en el Centro Médico Universitario de Tübingen, Alemania. «La anestesia puede tener algunos efectos secundarios. Si aprendemos un poco sobre cómo se superponen -tal vez la anestesia secuestra algunas vías del sueño- podríamos mejorar la anestesia a largo plazo».»
El sueño calma el cerebro
El sueño, como escribió Walker en su libro de 2017, «Por qué dormimos», «enriquece una diversidad de funciones, incluida nuestra capacidad de aprender, memorizar y tomar decisiones y elecciones lógicas. El sueño, que es beneficioso para nuestra salud psicológica, recalibra nuestros circuitos cerebrales emocionales, permitiéndonos afrontar los retos sociales y psicológicos del día siguiente con serenidad».
El sueño interrumpido interfiere con todo esto, aumentando el riesgo de enfermedades médicas, psiquiátricas y neurológicas.
La mayoría de las investigaciones sobre el sueño se centran en las ondas rítmicas y sincronizadas que fluyen por la red neuronal del cerebro, desde las ondas lentas que señalan el sueño profundo, normalmente en las primeras horas de la noche, hasta las ondas de mayor frecuencia típicas del sueño onírico. Estas ondas sobresalen por encima de un montón de actividad general, también llamada 1/f, que normalmente se ha descartado como ruido y se ha ignorado.
Pero Knight y su laboratorio llevan una década observando este «ruido» y han descubierto que contiene información útil sobre el estado del cerebro. En 2015, por ejemplo, él y Bradley Voytek, un antiguo estudiante de doctorado que ahora forma parte del cuerpo docente de la UC San Diego, descubrieron que la cantidad de actividad de alta frecuencia aumenta con la edad. Lendner ha descubierto ahora que una caída más rápida de la actividad de alta frecuencia, en relación con la actividad de baja frecuencia, es una firma única del sueño REM.
«Existe esta actividad de fondo, que no es rítmica, y la hemos pasado por alto durante bastante tiempo», dijo Lendner. «A veces, se ha llamado ruido, pero no es ruido; lleva mucha información, también sobre el nivel de excitación subyacente. Esta medida permite distinguir el sueño REM de la vigilia con sólo mirar el electroencefalograma».
Dado que las ondas lentas se asocian a la inhibición de la actividad en el cerebro, mientras que la actividad de alta frecuencia -como la que se encuentra durante la vigilia- se asocia a un comportamiento excitatorio, la caída más brusca puede ser una indicación de que muchas actividades en el cerebro, incluidas las relacionadas con el movimiento muscular, están siendo amortiguadas durante el sueño REM.
La nueva medida cuantifica la relación de la actividad cerebral en diferentes frecuencias -cuánta actividad hay en las frecuencias de aproximadamente 1 ciclo por segundo a 50 ciclos por segundo- y determina la pendiente, es decir, lo rápido que cae el espectro. Esta «caída» de 1/f es más aguda en el sueño REM que en la vigilia o cuando se está bajo anestesia.
Lendner encontró esta medida característica en la actividad cerebral nocturna de 20 personas grabada mediante electrodos del cuero cabelludo del EEG en el laboratorio del sueño de Walker en la UC Berkeley y en 10 personas a las que se les colocaron electrodos en el cerebro para buscar las causas de la epilepsia como prólogo necesario a la cirugía cerebral para aliviar las convulsiones.
También registró la actividad cerebral de 12 pacientes con epilepsia y de otros 9 pacientes sometidos a cirugía espinal con el anestésico general común Propofol.
Lendner está revisando ahora las grabaciones cerebrales de pacientes en coma para ver cómo varía su actividad cerebral a lo largo de un día y si la caída de 1/f puede utilizarse para indicar la probabilidad de salir del coma.
«Lo más importante es que creo que es otra métrica para evaluar los estados de coma», dijo Knight. «El 1/f es muy sensible. Podría resolver, por ejemplo, si alguien está en un estado de mínima conciencia, y no se mueve, y si está más alerta de lo que se cree».
Referencia: Lendner, J. D., Helfrich, R. F., Mander, B. A., Romundstad, L., Lin, J. J., Walker, M. P., Larsson, P. G., & Knight, R. T. (2020). Un marcador electrofisiológico del nivel de excitación en humanos. ELife, 9, e55092. https://doi.org/10.7554/eLife.55092