Un estimado colega nos comparte el presente artículo escrito por Alexandra Becker, publicado el 22 de noviembre de 2024 en la sección de Comunicados de Prensa de Rice University (RU) y traducido por nosotros para este espacio. Veamos que nos dicen al respecto…

Si bien es bien sabido que el sueño mejora el rendimiento cognitivo, los mecanismos neuronales subyacentes, en particular los relacionados con el sueño NREM (sueño con movimientos oculares no rápidos), siguen en gran medida sin explorarse. Un nuevo estudio realizado por un equipo de investigadores de RU (Rice University),  Houston Methodist's Center for Neural Systems Restoration (MCNSR de Huston) y Weill Cornell Medical College, coordinados por Valentin Dragoi de la RU, han descubierto, no obstante, un mecanismo clave por el cual el sueño mejora el rendimiento neuronal y conductual, lo que podría cambiar nuestra comprensión fundamental de cómo el sueño aumenta la capacidad cerebral.

La investigación, publicada en Science, revela cómo el sueño NREM (el sueño más ligero que se experimenta al tomar una siesta, por ejemplo) fomenta la sincronización cerebral y mejora la codificación de la información, lo que arroja nueva luz sobre esta etapa del sueño. Los investigadores replicaron estos efectos a través de estimulación invasiva, lo que sugiere posibilidades prometedoras para futuras terapias de neuromodulación en humanos. Las implicaciones de este descubrimiento podrían allanar el camino para tratamientos innovadores para los trastornos del sueño e incluso métodos para mejorar el rendimiento cognitivo y conductual.

La investigación implicó un examen de la actividad neuronal en múltiples áreas cerebrales en macacos mientras los animales realizaban una tarea de discriminación visual antes y después de un período de 30 minutos de sueño NREM. Utilizando conjuntos de múltiples electrodos, los investigadores registraron la actividad de miles de neuronas en tres áreas cerebrales: las cortezas visuales primaria y media y la corteza prefrontal dorsolateral, que están asociadas con el procesamiento visual y las funciones ejecutivas. Para confirmar que los macacos estaban en sueño NREM, los investigadores utilizaron polisomnografía para monitorear su actividad cerebral y muscular junto con un análisis de video para asegurarse de que tenían los ojos cerrados y sus cuerpos relajados.

Los hallazgos demostraron que el sueño mejoraba el rendimiento de los animales en la tarea visual con una mayor precisión para distinguir imágenes rotadas. Es importante destacar que esta mejora fue exclusiva de los que realmente se quedaron dormidos: los macacos que experimentaron una vigilia tranquila sin quedarse dormidos no mostraron el mismo aumento de rendimiento.

"Durante el sueño, observamos un aumento de la actividad de las ondas delta de baja frecuencia y una activación sincronizada entre neuronas en diferentes regiones corticales", afirmó la primera autora, la Dra. Natasha Kharas, ex investigadora del laboratorio de Dragoi y actual residente de cirugía neurológica en Weill Cornell. "Sin embargo, después del sueño, la actividad neuronal se volvió más desincronizada en comparación con antes del sueño, lo que permitió que las neuronas se activaran de forma más independiente.

Este cambio condujo a una mayor precisión en el procesamiento de la información y el rendimiento en las tareas visuales".

Los investigadores también simularon los efectos neuronales del sueño mediante estimulación eléctrica de baja frecuencia de la corteza visual. Aplicaron una estimulación de 4 Hz para imitar la frecuencia delta observada durante el sueño NREM mientras los animales estaban despiertos. Esta estimulación artificial reprodujo el efecto de desincronización observado después del sueño y mejoró de manera similar el rendimiento de la tarea de los animales, lo que sugiere que se podrían utilizar patrones específicos de estimulación eléctrica para emular los beneficios cognitivos del sueño.

"Este hallazgo es significativo porque sugiere que algunos de los efectos restauradores y de mejora del rendimiento del sueño podrían lograrse sin la necesidad de dormir realmente", dijo Dragoi, coautor del estudio, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Rice, titular de la Cátedra Presidencial Distinguida Rosemary y Daniel J. Harrison III en Neuroprótesis en Houston Methodist y profesor de neurociencia en Weill Cornell. "La capacidad de reproducir la desincronización neuronal similar al sueño en un estado de vigilia abre nuevas posibilidades para mejorar el rendimiento cognitivo y perceptivo en situaciones en las que el sueño no es posible, como en el caso de personas con trastornos del sueño o en circunstancias atenuantes como la exploración espacial".

Los académicos investigaron más a fondo sus hallazgos mediante la construcción de un gran modelo de red neuronal. Descubrieron que durante el sueño, tanto las conexiones que generan excitación como las inhibidoras del cerebro se debilitan, pero lo hacen de forma asimétrica, lo que hace que las conexiones inhibidoras sean más débiles que aquellas que generan excitación, lo que provoca un aumento de la excitación.

"Hemos descubierto una solución sorprendente que el cerebro emplea después del sueño, por la que las poblaciones neuronales que participan en la tarea reducen su nivel de sincronía después del sueño a pesar de recibir entradas de sincronización durante el sueño mismo", dijo Dragoi.

La idea de que el sueño NREM "estimula" eficazmente el cerebro de esta manera, y que este restablecimiento se puede imitar artificialmente, ofrece potencial para desarrollar técnicas de estimulación cerebral terapéutica para mejorar la función cognitiva y la memoria.

"Nuestro estudio no solo profundiza nuestra comprensión mecanicista del papel del sueño en la función cognitiva, sino que también abre nuevos caminos al demostrar que patrones específicos de estimulación cerebral podrían sustituir algunos beneficios del sueño, lo que apunta a un futuro en el que podríamos potenciar la función cerebral independientemente del sueño en sí", afirmó Dragoi.

Fuente: https://news.rice.edu/news/2024/new-insights-sleep-uncover-key-mechanisms-related-cognitive-function