¿Cómo nos desconectamos del entorno durante el sueño y bajo anestesia?
Crédito: CC0 Public Domain
Durante el sueño y bajo anestesia, rara vez respondemos a estímulos externos como sonidos, aunque nuestro cerebro permanece muy activo.
Ahora, una serie de nuevos estudios realizados por investigadores de la Facultad de Medicina Sackler de la Universidad de Tel Aviv y la Escuela de Neurociencia Sagol encuentran, entre otros descubrimientos importantes, que la noradrenalina, un neurotransmisor secretado en respuesta al estrés, se encuentra en el corazón de nuestra capacidad. para «apagar» nuestras respuestas sensoriales y dormir profundamente.
«En estos estudios, utilizamos enfoques diferentes y novedosos para estudiar el filtrado de la información sensorial durante el sueño y los mecanismos cerebrales que determinan cuándo nos despertamos en respuesta a eventos externos», explica el profesor Yuval Nir, quien dirigió la investigación de los tres estudios.
El primer estudio, publicado en el Journal of Neuroscience el 1 de abril y dirigido por el estudiante de doctorado de la TAU, Yaniv Sela, llama cuestiona la idea comúnmente aceptada de que la importante estación de retransmisión de señales sensoriales en el cerebro del tálamo es responsable de bloquear la transmisión de señales a la corteza cerebral.
«El cierre de la puerta talámica no es compatible con nuestros hallazgos», dice Sela, cuyo estudio compara cómo las neuronas en diferentes regiones del cerebro responden a sonidos simples y complejos mientras están dormidos o despiertos.
Usando modelos de ratas, descubrió que las respuestas de las neuronas en la corteza auditiva eran similares cuando los roedores estaban despiertos o dormidos. Pero cuando examinó la corteza perirrinal, relacionada con la percepción consciente compleja y las asociaciones de memoria, descubrió que las neuronas mostraban respuestas mucho más débiles durante el sueño.
«El análisis básico del sonido permanece durante el sueño, pero el cerebro dormido tiene problemas creando una percepción consciente del estímulo», añade Sela. «Además, si bien descubrimos que las respuestas iniciales y rápidas se conservan durante el sueño, las que ocurren más tarde y requieren comunicación entre diferentes regiones de la corteza se interrumpen en gran medida».
El segundo estudio, publicado el 8 de abril en Science Advances, encuentra que el locus coeruleus, una pequeña región del tronco encefálico y la principal fuente de secreciones de noradrenalina en el cerebro, juega un papel central en nuestra capacidad para desconectarnos del entorno durante el sueño. Dirigida por la estudiante de doctorado de TAU Hanna Hayat en el laboratorio del Prof. Nir, la investigación se realizó en colaboración con el Prof. Tony Pickering de la Universidad de Bristol, el Prof. Ofer Yizhar del Instituto Weizmann y el Prof. Eric Kremer de la Universidad de Montpellier.
«La capacidad de desconectarse del entorno, de forma reversible, es una característica central del sueño», explica Hayat. «Nuestros hallazgos muestran claramente que el sistema de noradrenalina del locus coeruleus juega un papel crucial en esta desconexión al mantener un nivel muy bajo de actividad durante el sueño».
Para el propósito de la investigación, los científicos utilizaron modelos de ratas para determinar el nivel de actividad del locus coeruleus durante el sueño y qué sonidos, si los hay, serían responsables de despertar a los roedores.
Descubrieron que los niveles variables de actividad del locus coeruleus de las ratas predicen con precisión si los animales despierta en respuesta a los sonidos. Luego, el equipo silenció la actividad del locus coeruleus a través de la optogenética, que aprovecha la luz para controlar la actividad neuronal, y descubrió que las ratas no se despertaban fácilmente en respuesta al sonido.
«Cuando aumentamos la actividad de noradrenalina del locus -coeruleus mientras se reproducía un sonido de fondo, las ratas se despertaron con más frecuencia en respuesta, pero cuando redujimos la actividad del locus coeruleus y reproducimos el mismo sonido de fondo, las ratas rara vez se despertaron», dice Hayat. «Así que podemos decir que identificamos un poderoso ‘dial’ que controla la profundidad del sueño a pesar de los estímulos externos.
«Es importante destacar que nuestros hallazgos sugieren que la hiperexcitación en algunas personas que duermen poco o durante períodos de estrés, puede ser el resultado de la actividad continua de la noradrenalina durante el sueño, cuando solo debería haber una actividad mínima».
El tercer estudio, publicado el 12 de mayo en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), dirigido conjuntamente por El estudiante de doctorado de TAU, el Dr. Aaron Krom del Centro Médico de la Universidad Hebrea de Hadassah, y el estudiante de doctorado de TAU, Amit Marmelshtein, se centran en nuestra respuesta a la anestesia y descubren que el efecto más significativo de la pérdida de conciencia es la interrupción de la comunicación entre diferentes regiones corticales.
El estudio fue el fruto de una colaboración entre el Prof. Nir, el Prof. Itzhak Fried y el Dr. Ido Strauss de la Facultad de Medicina Sackler de TAU y el Centro Médico Sourasky de Tel Aviv, y un equipo de la Universidad de Bonn.
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«A pesar de que El uso rutinario de la anestesia en medicina, todavía no comprendemos cómo la anestesia conduce a la pérdida de la conciencia; esto se considera una pregunta abierta importante en la investigación biomédica», explica el Dr. Krom.
Para la investigación, los científicos registraron la actividad cerebral de pacientes con epilepsia que previamente habían mostrado poca o ninguna respuesta a las intervenciones con medicamentos. Los pacientes fueron hospitalizados durante una semana y se les implantaron electrodos para identificar en qué parte del cerebro se originaron sus convulsiones. Luego fueron anestesiados para retirarles los electrodos y se registró su actividad neuronal mientras escuchaban sonidos a través de auriculares. Se les pidió que realizaran una tarea. hasta que perdieron el conocimiento, lo que permitió a los investigadores examinar cómo cambió su actividad cerebral, hasta las neuronas individuales, en respuesta a los sonidos en el mismo momento en que perdieron el conocimiento.
«Descubrimos que la pérdida del conocimiento interrumpió la comunicación entre las regiones corticales, de modo que los sonidos desencadenaron respuestas en la corteza auditiva primaria, pero no pudieron impulsar de manera confiable las respuestas en otras regiones de la corteza», agrega Marm. elshtein «Este es el primer estudio que examina cómo la anestesia y la pérdida del conocimiento afectan las respuestas sensoriales en una resolución de neuronas individuales en humanos. Esperamos que nuestros resultados orienten la investigación futura, así como los intentos de mejorar la anestesia y desarrollar instrumentos que puedan monitorear la nivel de conciencia en la anestesia y otros estados de conciencia alterada, como los estados vegetativos y la demencia grave».
«Estos estudios mejoran nuestra comprensión de la desconexión sensorial durante el sueño y la anestesia», concluye el profesor Nir. «Los trastornos del sueño son un problema de salud importante y son frecuentes en el envejecimiento, así como en los trastornos neurológicos y psiquiátricos. Es importante evaluar si nuestros hallazgos sobre los niveles variables de noradrenalina pueden explicar la hiperexcitación que caracteriza a afecciones como los trastornos de ansiedad y el TEPT, y si por lo tanto, aprovechar estos hallazgos para desarrollar métodos novedosos para mejorar la calidad del sueño».
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Cómo saber si un cerebro está despierto Más información: Aaron J. Krom et al, La pérdida de conciencia inducida por la anestesia interrumpe las respuestas auditivas más allá de la corteza primaria, Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (2020). DOI: 10.1073/pnas.1917251117
Yaniv Sela et al. El sueño afecta de manera diferencial las respuestas neuronales tempranas y tardías a los sonidos en las cortezas auditiva y perirrenal, The Journal of Neuroscience (2020). DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1186-19.2020
Hanna Hayat et al. La actividad de la norepinefrina del locus coeruleus media en los despertares sensoriales del sueño, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aaz4232 Información de la revista: Journal of Neuroscience , Science Advances , Actas de la Academia Nacional de Ciencias