Glía ácida en el sueño REM: respuesta ácida más fuerte en ratones epilépticos

Investigadores de la Universidad de Tohoku han demostrado que los astrocitos, células gliales en forma de estrella que controlan el entorno iónico y metabotrópico local del cerebro, exhiben una respuesta ácida con el sueño REM en ratones. Ellos teorizan que la respuesta ácida podría ser el impulso subyacente para el procesamiento de información específica y la generación de plasticidad durante el sueño.

Descubrieron además que la respuesta REM en los astrocitos se intensificó en el cerebro epiléptico, lo que significa que estudiar los cambios ambientales del cerebro asociados con el sueño REM podría emplearse potencialmente como biomarcador de la gravedad de la epileptogénesis.

Los hallazgos fueron detallados en Cerebro.

Las neuronas son, sin duda, las responsables del procesamiento de la información en el cerebro. No se pensaba que los astrocitos fueran un componente esencial del circuito de información neural. Sin embargo, hallazgos recientes sugieren que el estado de la mente, como la conciencia, el sueño, la formación de la memoria y la metaplasticidad, pueden estar controlados por las acciones de los astrocitos.

Para comprender el papel de los astrocitos en la función cerebral, se expresaron genéticamente proteínas sensoras fluorescentes en astrocitos de ratones. Los investigadores implantaron una fibra óptica en el hipotálamo lateral de los ratones, una parte del cerebro vital para controlar nuestro estado de sueño o vigilia y el metabolismo de todo el cuerpo.

Se envió luz de excitación a través de esta fibra y se registraron las señales de fluorescencia emitidas. Usando un método recientemente ideado, los investigadores diseccionaron la concentración de calcio y el pH de los astrocitos y los cambios locales en el volumen sanguíneo del cerebro a partir de las señales ópticas registradas.

Se observó un claro cambio en las señales ópticas asociadas al sueño REM. Se produjo una disminución del calcio, una disminución del pH (es decir, acidificación) y un aumento del volumen sanguíneo cerebral local. Los investigadores identificaron que la acidificación y los cambios en el volumen sanguíneo producen un fuerte efecto en las señales ópticas; por lo tanto, muchos de los estudios previos que utilizaron fotometría de fibra podrían haber malinterpretado los datos registrados.

La acidificación fue especialmente inesperada, ya que la solución intracelular de células está altamente tamponada para el pH. Se produce una fuerte acidificación con la isquemia, pero no se supuso que se produjeran cambios en el pH en condiciones fisiológicas. Esta acidificación de los astrocitos puede impulsar la amplificación de las señales sinápticas y puede ser la base de la formación de la memoria durante el sueño REM.

Curiosamente, los cambios en el entorno cerebral local detectados con las grabaciones ópticas precedieron al cambio característico de la actividad eléctrica neuronal del conjunto detectada con el electroencefalograma en casi 20 segundos. Esto sugiere que los astrocitos y los cambios vasculares controlan el estado de la actividad neuronal. La transición al sueño REM también se puede predecir a partir de estos cambios ambientales cerebrales locales.

«Durante el sueño REM, las experiencias previas se clasifican y recuerdan u olvidan, y este proceso probablemente se perciba como sueños», dice el profesor Ko Matsui del laboratorio de fisiología cerebral de la superred de la Universidad de Tohoku, quien dirigió la investigación. «La acidificación en los astrocitos puede controlar la probabilidad de que ocurra plasticidad en los circuitos neuronales».

Los investigadores estudiaron más a fondo cómo cambian las propiedades del sueño REM con la epilepsia. El estímulo repetido en el hipocampo de un ratón produce un cerebro propenso a la hiperactividad y este método de «encendido» se ha utilizado como modelo de epileptogénesis. Después del encendido, se registraron los episodios de sueño REM que ocurrieron espontáneamente. Sorprendentemente, se produjeron muy pocas disminuciones de calcio astrocítico y aumentos locales del volumen sanguíneo cerebral con el sueño REM, y se registró una fuerte respuesta ácida de los astrocitos.

«Nuestro estudio anterior ha mostrado una mayor respuesta ácida de los astrocitos asociada con ataques epilépticos intensificados», dice el investigador principal del estudio, el Dr. Yoko Ikoma. «La información se transmite y procesa con señales eléctricas en las neuronas. El pH de los astrocitos puede tener control sobre estas actividades neuronales tanto en la fisiología como en la enfermedad».

El monitoreo del pH a granel y el flujo sanguíneo cerebral local es posible en humanos usando fMRI. Ikoma dice que estos cambios ambientales locales del cerebro asociados con el sueño REM pueden usarse potencialmente para diagnosticar la gravedad de la epilepsia en pacientes humanos. «Una estrategia terapéutica diseñada para controlar el pH de los astrocitos podría potencialmente usarse para prevenir la exacerbación de la epilepsia».