El cerebro dormido es un fenómeno que llama mucho la atención de los científicos dado que todavía puede procesar la información sensorial y discriminar entre estímulos relevantes e irrelevantes mientras estamos inconscientes. Es por esto que un grupo de expertos del Imperial London College se preguntaron cómo el sistema nervioso central es capaz de procesar información mientras dormimos.
Publicado en El Mostrador el 31 marzo de 2022
Escrito por Víctor Calbiague
En el año 2010, Christopher Nolan dirigió una de sus películas más icónicas y ganadoras de cuatro premios Oscar: “Inception”, o también conocida como “El origen” en español. Este largometraje cuenta la historia de Dom Cobb (Leonardo DiCaprio), un experto en el arte de apropiarse de los secretos del subconsciente ajeno durante el sueño. Este es inducido por un dispositivo de tecnología militar experimental, que administra un potente sedante a las víctimas y a los atacantes, creando un sueño compartido. En estos sueños, cada miembro del equipo lleva consigo un tótem que le permite diferenciar entre un sueño y la realidad, naciendo de esta forma la famosa peonza que gira eternamente en los sueños de Dom Cobb.
Si bien, aunque en la realidad estamos muy lejos de poder tener sueños compartidos, muchas veces es difícil separar los sueños de la realidad. Y solo un sonido muy específico, como por el ejemplo el llanto de un bebé o el llamado por nuestro nombre, nos puede despertar. Esto es bastante interesante, ya que cuando nos quedamos dormidos, nuestro cerebro entra en un modo de inconsciencia, apagando nuestros sentidos provocando que perdamos la percepción de nuestro entorno, sugiriendo que nuestro cerebro es capaz de diferenciar la “importancia” de los estímulos mientras dormimos.
La pregunta acerca de cómo nuestro sistema nervioso central es capaz de realizar este procesamiento de información mientras estamos durmiendo, es la que se hicieron desde el grupo de investigación liderado por Giorgio Gilestro del Imperial London College, en Inglaterra.
Las moscas como pioneras en el estudio del sueño
Ya desde los años sesenta, se sabe que los seres humanos pueden responder al llamado específico por su nombre mientras están durmiendo, y conceptualmente, resultados muy parecidos se han demostrado en ratas, gatos y primates. Sin embargo, como te debes estar imaginando, estudiar las redes neuronales que están participando en estos procesamientos durante el sueño en humanos, primates, o cualquier mamífero, suena algo bastante complicado.
Para resolver esta problemática experimental, el grupo de investigación utilizó como modelo animal a la Drosophila melanogaster, o más conocida, como la mosca de la fruta o del vinagre. El estudio del sueño, y los procesos que subyacen esta actividad en esta mosca no es algo nuevo, pues en el año 2017 los científicos Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young se ganaron el premio Nobel de Fisiología por descubrir y aclarar el famoso reloj biológico que gobierna a las plantas, animales y seres humanos, utilizando a estas moscas como modelo de estudio.
Previamente, los investigadores habían descubierto que las moscas eran capaces de despertarse a través de estímulos mecánicos. No obstante, aún faltaba determinar cómo las moscas podían diferenciar entre la “calidad” de los estímulos. Para este propósito, el grupo de investigación diseñó una máquina llamada etoscopio que permitía estimular a una mosca individualmente con un puff de diferentes odorantes con la misma intensidad mecánica, pero a diferentes concentraciones.
En un inicio, el grupo de científicos decidió probar su metodología con ácido acético, el cual es el componente principal del vinagre, pues como el nombre de la mosca lo sugiere, es un odorante de bastante relevancia ecológica para este animal. Sin embargo, estos insectos solo sienten atracción hacia este compuesto en bajas concentraciones (1-5%), ya que a mayores concentraciones se cree que simula a frutas estropeadas que podrían ser menos atractivas.
Para estudiar si una estimulación con ácido acético podía despertar a las moscas, es que primero los investigadores adormecieron a estos insectos bajando la temperatura del tubo que las contiene. Luego se posicionaban en el etoscopio, y se realizaba la estimulación con el odorante por 5 segundos. El grupo de investigación solo consideró que los insectos habían despertado cuando se movieron sobre un umbral de velocidad predefinido teóricamente en los 10 segundos posterior a la estimulación.
Bajo estos parámetros, se observó que las moscas se despertaban más fácilmente con las concentraciones bajas de ácido acético (atracción), mientras que seguían durmiendo con las concentraciones más altas (repulsivo o neutro), lo que era una tasa de respuesta similar a las condiciones control.
Para confirmar los hallazgos con este compuesto, el siguiente paso fue probar esta técnica con 26 diferentes condiciones, que correspondían a doce odorantes en diferentes concentraciones escogidos principalmente por su relevancia ecológica. Lo que es interesante es que los científicos encontraron una leve correlación inversa entre la habilidad de un odorante para despertar a los insectos y la relación de estos con su uso en trampas. Esto quiere decir que aquellos compuestos que son evitados por las moscas por ser utilizados en trampas tienen una mayor tasa de respuesta para despertar a estos animales. Estos resultados ya eran de bastante relevancia, pues son un indicativo de que incluso en estos animales, pareciera existir una capacidad de poder calificar estímulos externos mientras están durmiendo.
El cerebro sigue trabajando en la inconsciencia
En los seres humanos, la capacidad de procesar información durante el sueño puede ser modulada por la experiencia o los estados internos: los seres humanos reaccionan más rápidamente cuando duermen en un lugar desconocido y los padres primerizos desbloquean la capacidad de reconocer el llanto de su bebé durante la noche. Aquí, los investigadores se preguntaron si las moscas también podrían ser capaces de modular la respuesta a estas estimulaciones durante el sueño. Y para esto, aplicaron una alteración bastante simplista pero eficiente: el etanol.
En humanos, el etanol es uno de los sedantes más utilizados y se sabe que su consumo agudo modifica el patrón de sueño, aumentando la profundidad de este y reduciendo el umbral de excitación para poder despertarse. Por este motivo, no es extraño que, al exponer a moscas por una hora a vapor de etanol, estas respondían menos a la misma estimulación de ácido acético 5%, que su contraparte que no había sido emborrachada.
Por otro lado, una alteración del ciclo del sueño de estos animales también provocaba una alteración en la tasa de respuestas. Estos experimentos establecían que el umbral de excitación de una mosca dormida puede ser modulado por estados internos. Sin embargo, los investigadores aún no podrían extrapolar nada sobre la especificidad de este fenómeno, que es posiblemente el aspecto más interesante. Por ejemplo, si una mosca que duerme y que ha pasado hambre previamente aumenta su agudeza sensorial sólo frente a los olores relacionados con alimentos.
Para este propósito, el grupo de científicos privó a las moscas de cualquier tipo de alimentación por nueve horas previas al momento de la experimentación. Tal como se esperaba, aquellas moscas hambrientas, despertaban más fácilmente cuando eran estimuladas con odorantes relacionados con alimentos, mientras que seguían durmiendo con odorantes que no tenían relación alguna con comida.
Esta simple observación de que no todos los olores provocan una mayor respuesta en condiciones de hambre es muy importante, y apunta a un mecanismo que permite la modulación específica de la discriminación sensorial. Estos resultados previos motivaron a los investigadores a ir un poco más allá para poder estudiar los circuitos neuronales involucrados, pues ahora podían estudiar el fenómeno de la discriminación sensorial en un organismo modificable genéticamente.
Previamente, ya se conocía que en las Drosophila existían un grupo de neuronas, llamadas MBONs, que participan en la clasificación de importancia del olor. Por lo tanto, al intentar identificar un grupo neuronal que podría transmitir la información sobre el olor a los centros de procesamiento del sueño, las MBONs, iban a ser unas excelentes candidatas.
Tal como se pensaba, al realizar un seguimiento a través de técnicas de fluorescencia para saber hacia dónde hacen conexiones las MBONs, se percataron que un grupo específico de estas neuronas llegaban a una zona del cerebro de la mosca encargada de la regulación del sueño. Incluso, cuando los investigadores silenciaron a este grupo de neuronas específicamente, estos animales despertaban más al ser estimulados con ácido acético, indicando que efectivamente este grupo neuronal podría estar modulando y conectando la parte sensorial con los centros del sueño.
En conjunto, estos resultados ponen de manifiesto la existencia de un circuito que modula específicamente la percepción sensorial durante el sueño, alterando la respuesta conductual del animal en función de sus necesidades ecológicas.
Invertebrados al rescate de la neurociencia
Un cerebro dormido es un fenómeno que llama mucho la atención de los científicos, pues es aquel que todavía puede procesar la información sensorial y discriminar entre estímulos relevantes e irrelevantes mientras estamos inconscientes.
Es interesante pensar que podemos permanecer profundamente dormidos frente a un televisor que reproduce una película de acción y, sin embargo, despertarnos al percibir un estímulo más silencioso pero relevante, como el sonido de nuestro propio nombre o el llanto de un bebé.
Si bien en esta investigación se propuso un modelo bastante reduccionista de este fenómeno, es la primera vez que se proporciona un circuito relacionado con esto. Sobre todo, es interesante considerar que un animal que muchas veces pasa desapercibido para nosotros podría proporcionar un modelo conveniente para estudiar cómo cambia el procesamiento de la información durante el sueño. Llamémoslo, un campo de juego reduccionista para estudiar los fundamentos de la conciencia.
