¿Qué neuronas se duermen primero en humanos? fMRI puede decirlo
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En las últimas décadas, la ciencia nos ha enseñado que el cerebro de los mamíferos no siempre está completamente despierto o dormido. Los delfines pueden nadar con un hemisferio dormido mientras el otro está alerta, y algunas neuronas en ratas privadas de sueño pueden desconectarse mientras los animales aún están despiertos. En humanos, este llamado sueño local, en el que poblaciones neuronales específicas toman una siesta mientras el resto del cerebro está despierto, ha sido más difícil de estudiar, ya que los métodos invasivos que se usan para rastrearlo en otros mamíferos no se pueden usar en personas. .
Un nuevo estudio publicado el 21 de julio en PNAS parece haber superado este desafío. Mediante el mapeo simultáneo de señales cerebrales humanas medidas con dos métodos diferentes (uno con buena resolución temporal y otro con buena resolución espacial), el equipo identificó el estado de vigilia o sueño de las poblaciones neuronales a nivel local. El logro permitió identificar qué regiones del cerebro son las primeras en quedarse dormidas y cuáles son las primeras en despertarse, y los expertos dicen que promete ser una herramienta valiosa para estudiar el sueño en humanos.
Tradicionalmente, el sueño en humanos se ha estudiado mediante electroencefalografía (EEG), que mide la actividad eléctrica del cerebro a través de electrodos colocados en el cuero cabelludo. El EEG es bueno para medir cambios rápidos, pero tiene una resolución espacial muy pobre, explica Chen Song, investigador del cerebro en la Universidad de Cardiff que participó en el nuevo estudio mientras hacía un posdoctorado en la Universidad de Wisconsin-Madison. Por lo tanto, aunque los científicos han aprendido mucho sobre las señales del sueño a partir del EEG, esta técnica nos dice poco sobre el sueño local.
Una persona dentro de un escáner fMRI simulado con un gorro de EEG.Imagen cortesía de Chen Song
Song y su sus colegas decidieron emparejar el EEG con una técnica complementaria, la resonancia magnética funcional (fMRI), que mide el flujo sanguíneo en el cerebro como indicador de la actividad neuronal. A diferencia del EEG, la resonancia magnética funcional no es buena para medir cambios breves y rápidos, pero puede distinguir la actividad cerebral con una resolución de un milímetro cúbico, explica Song. El equipo decidió explorar si las señales neuronales típicas del sueño (ondas lentas y ráfagas de oscilaciones conocidas como husos del sueño) que se encuentran a menudo en las mediciones de EEG podrían reflejarse en los patrones proporcionados por la IRMf.
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Usando los datos recopilados para uno de sus estudios anteriores, el equipo analizó la actividad cerebral de 36 personas que se quedaron dormidas usando una gorra de EEG dentro de un escáner fMRI durante una hora. Al observar las oscilaciones de la actividad del flujo sanguíneo y compararlas con los datos del EEG, Song y sus colegas descubrieron que los patrones típicos de ondas eléctricas del sueño se reflejaban en las respuestas de oxígeno en la sangre registradas por la IRMf.
Los investigadores descubrieron además que estas oscilaciones del flujo sanguíneo tenían patrones espaciotemporales distintos en todo el cerebro, lo que sugiere que algunas regiones entran en un estado de sueño antes que otras a medida que nos quedamos dormidos. Por ejemplo, en su análisis, el tálamo fue la primera región en mostrar patrones de flujo sanguíneo asociados con el sueño, un hallazgo consistente con trabajos previos basados en datos de EEG que informan que esta región puede cerrarse antes que otras regiones durante la transición al sueño.
Encontraron un patrón espaciotemporal separado al medir la actividad cerebral cuando los voluntarios se despertaron. Por ejemplo, las regiones corticales frontales del cerebro pueden estar entre las primeras en despertar. Esto es diferente de lo que los investigadores habían pensado anteriormente basándose parcialmente en la investigación con animales pero principalmente en el razonamiento teórico, dice Song, ya que estas regiones están asociadas con el procesamiento cognitivo y muchas veces cuando te despiertas [puedes] tener la sensación de que no puedes [ concentrarse] en absoluto. Sin embargo, Song reconoce que dormir dentro de la resonancia magnética funcional es muy poco natural, y es posible que las personas experimenten un sueño más ligero, lo que resulta en estas observaciones.
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Este estudio ofrece una nueva perspectiva para estudiar el cerebro a nivel local, dice la ingeniera eléctrica de la Universidad de Vanderbilt, Catie Chang, quien no participó en este estudio, y los métodos que usaron los autores podrían ayudar a armar una imagen más completa de lo que sucede en el cerebro cuando nos quedamos dormidos.
La monitorización local del sueño mediante resonancia magnética funcional también podría ser valiosa para mejorar nuestra comprensión de los trastornos del sueño. Por ejemplo, los investigadores pueden comenzar a preguntar cómo se ve en voluntarios sanos que no tienen problemas para conciliar el sueño en comparación con personas que pueden tener dificultades para dormir, dice Chang. Y Song sugiere que la técnica podría ser especialmente útil para comprender si el sueño local y la vigilia local tienen alguna función en los humanos, ya que actualmente no sabemos nada al respecto.