Un descubrimiento que trastoca el concepto de ondas cerebrales
La frecuencia se refiere a la cantidad de ondas que se repiten en un segundo, por lo que comprender los patrones repetitivos de las ondas cerebrales naturalmente requiere datos durante un cierto período de tiempo. Pero, sorprendentemente, el modelo de red neuronal fue capaz de distinguir entre sueño y vigilia incluso a partir de unos pocos milisegundos (1/1000 de segundo) de datos de actividad cerebral. Este resultado fue muy contradictorio con los conceptos básicos enseñados en el plan de estudios de neurociencia durante muchos años.

Un descubrimiento asombroso

“Era como una persecución del gato y el ratón. Le pedía pruebas a David [Parks] y él me traía nuevas pruebas y decía: ‘¡Mira esto!’ Desmantelar el concepto de sueño que se había ido construyendo a lo largo de los años, pero al mismo tiempo me resultaba difícil aceptarlo”.

Para comprender cómo aprenden las redes neuronales, Parks tuvo que eliminar la información y las reglas de las ondas cerebrales etiquetadas por humanos una por una para descubrir cómo el modelo detectaba patrones. Esto se debe a que no podemos simplemente aceptar información de las redes neuronales que podría anular el concepto de sueño. Al final, pudieron examinar solo un milisegundo de datos cerebrales y la porción de mayor frecuencia de las fluctuaciones del voltaje cerebral.

Las señales instantáneas de sueño y vigilia descubiertas por el equipo de investigación se pueden comparar con las oleadas de espectadores en un estadio. Pensemos en el gran movimiento de la ola del estadio y el pequeño movimiento de los espectadores levantando la mano.

Los milisegundos de “sueño” detectados por la red neuronal son similares al movimiento de varias personas de pie y levantando las manos para iniciar una ola. Sin embargo, si los espectadores provocaron una gran ola, las acciones de solo unos pocos de ellos estuvieron directamente involucradas en el efecto dominó en todo el estadio.

En otras palabras, el modelo que entrenaron los investigadores demostró que los patrones de actividad ultrarrápidos entre unas pocas neuronas son fundamentales para dormir.

“Probablemente estemos analizando información con un nivel de detalle sin precedentes”, sostiene Haussler. “Anteriormente se pensaba que las ondas de frecuencia lenta contenían toda la información importante. Sin embargo, este artículo analiza los detalles de alta frecuencia hasta tan solo un milisegundo, en lugar de depender de mediciones tradicionales. Esto muestra que el tejido contiene suficiente información para determinar si no está dormido. Esto sugiere que algo está sucediendo muy rápidamente durante el sueño. Es una prueba”.

La vigilia en el sueño y el sueño en la vigilia

A medida que los investigadores estudiaron más a fondo estos patrones de actividad neuronal hiperlocal, notaron otro fenómeno sorprendente. Incluso cuando el cerebro estaba dormido, se detectaron breves momentos de vigilia en determinadas partes del cerebro. Por otro lado, incluso estando despiertos, algunos de ellos podían quedarse dormidos por un momento. El equipo llama a este fenómeno “parpadeo” (flickering).

Este fenómeno llevó a los investigadores a observar en ratones cómo el “parpadeo” se relaciona con la función del sueño y cómo afecta el comportamiento del sueño y la vigilia. Luego, mientras el cerebro estaba despierto, parte del cerebro se quedó dormido momentáneamente debido al parpadeo, lo que provocó que el ratón se quedara quieto por un momento. Por el contrario, se observó que los ratones se contraían durante el sueño cuando se producía un parpadeo que despertaba parte del cerebro durante el sueño.

Normalmente, los ratones y los humanos alternamos entre ciclos de sueño REM y NREM, desde un estado despierto al sueño REM, donde se producen movimientos oculares rápidos, al sueño NREM, que es un sueño más profundo, y luego de nuevo al sueño REM. Pero el parpadeo apareció en todas partes en este ciclo.

“Esto viola las reglas del sueño que cabría esperar de 100 años de literatura”, explica Hagen. “El sueño y la vigilia son estados macroscópicos que se pueden observar en todos los animales, y patrones locales rápidos que son las unidades de estado básicas del cerebro. Creo que este estudio ha aclarado la separación entre estos dos”.

Comprender el parpadeo de la vigilia y el sueño nos ayudará a estudiar más a fondo las enfermedades neurodegenerativas y del neurodesarrollo. El equipo de investigación planea investigar más a fondo estos fenómenos utilizando organoides cerebrales, que son tejido cerebral cultivado.

Artículo originalmente publicado en WIRED Japón. Adaptado por Mauricio Serfatty Godoy.