Mientras se prepara para dormir cada noche, Don Tucker se pone una gorra con electrodos y revisa una pequeña computadora en su mesita de noche. Muchos trabajadores del laboratorio privado, dirigido por el profesor emérito de la Universidad de Oregón, siguen la misma rutina.
El dispositivo experimental monitorea el viaje nocturno a través del sueño. Después de sentir el sueño ligero durante unos minutos, emite una corriente eléctrica a través del cuero cabelludo y el cráneo, empujando al cerebro a ese nirvana conocido como sueño profundo.
El objetivo no es solo un sueño más reparador. Los descubrimientos innovadores realizados en la última década han revelado que el cerebro tiene un sistema de lavado a presión que cambia a alta velocidad durante el sueño profundo, eliminando los desechos nocivos. Esta limpieza nocturna es parte del poder reparador del sueño y reactiva la concentración, la memoria y la motricidad.
Sin embargo, a medida que envejecemos, este sistema de limpieza se vuelve más descuidado y puede comenzar a dejar atrás algunos de los desechos metabólicos del día, incluidas las proteínas beta amiloides que se encuentran en la placa que caracterizan la enfermedad de Alzheimer y otros trastornos neurológicos devastadores.
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La sorprendente revelación en 2012 de esta infraestructura cerebral previamente desconocida, denominada sistema glinfático, ha dado paso a una nueva era de investigación e invención no solo sobre el sueño sino también sobre el envejecimiento, la demencia y las lesiones cerebrales. El año pasado se publicaron casi 300 trabajos de investigación sobre el sistema glinfático.
Uno de esos caminos de investigación conduce al laboratorio de Tucker y al invento en su soporte de cama, llamado AugNOD por Augmented Neural Oscillation Driver. En prototipo, parece un aparato de ortodoncia particularmente severo con un transpondedor de peaje atado a la parte superior. Se están trabajando en versiones más ligeras y refinadas.
Al extender la duración del sueño profundo, el dispositivo de Tucker tiene como objetivo impulsar ese ciclo de lavado nocturno. Algún día, espera, algo así será ampliamente utilizado por la gente para despejarse la cabeza, literalmente. «Es una forma de mantener el cerebro joven», dijo Tucker, de 75 años.
El ejército de los EE. UU. se ha interesado. En octubre, el Departamento de Defensa otorgó a Tucker, la Universidad de Carolina del Norte y varias universidades asociadas $4,25 millones para explorar una posible aplicación militar del dispositivo para restaurar la agudeza mental de los soldados privados de sueño en el campo de batalla.
Jeffrey Iliff, miembro del equipo de investigación de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, dijo que, dentro de cinco años, los dispositivos de consumo pueden permitir que cualquier persona realice un seguimiento de su sueño profundo de limpieza cerebral.
«Y creo que dentro de los próximos siete años vamos a comenzar a ver enfoques, como tal vez este dispositivo, tal vez algunos enfoques farmacológicos, que pueden comenzar a modularlo, que tal vez puedan aumentarlo si quieres tratar de aumentarlo. ”, dijo Iliff. «Creo que las cosas están comenzando a moverse muy rápidamente en este campo a medida que el trabajo comienza a trasladarse a las poblaciones humanas».
Iliff ocupa un lugar importante en la historia de la ciencia del sueño. Fue el autor principal de varios artículos que en 2012 comenzaron a describir el sistema glinfático que limpia el cerebro, basado en el trabajo realizado en la Universidad de Rochester con el investigador principal Maiken Nedergaard.
Iliff dijo que cuando se unió a su laboratorio como becario postdoctoral, Nedergaard lo puso en un curso para responder preguntas persistentes sobre cómo se mueve el fluido a través del cerebro. Lo que descubrieron, oculto a simple vista, fue un sistema de tuberías separado que envolvía los vasos sanguíneos de la cabeza y empujaba el líquido hacia el cerebro.
En parte, al mirar a través de pequeños agujeros en los cráneos de los ratones, los científicos plantean la hipótesis de que las células del cerebro humano se encogen durante el sueño profundo, creando espacio para que este líquido surja entre ellas y dé un baño a cada célula.
Esto elimina las proteínas de desecho dañinas producidas por el cerebro, un motor metabólico incansable que sigue funcionando las 24 horas.
El volumen de fluido que circula alrededor de las células podría medirse en dedales, dijo Iliff. Sin embargo, los científicos están descubriendo que es clave para el bienestar humano.
«Creemos que esto es relevante no solo para la enfermedad de Alzheimer, sino que en realidad creemos que probablemente sea relevante para todo tipo de afecciones neuroinmunológicas como la esclerosis múltiple y los trastornos neurovasculares como la lesión cerebral traumática y el accidente cerebrovascular», dijo Iliff. «Hay evidencia de que está involucrado en los dolores de cabeza. Hay evidencia de que puede estar involucrado en los trastornos del estado de ánimo y otras afecciones neuropsiquiátricas como la depresión o el trastorno bipolar».
«Parece que en realidad es mucho más fundacional y fundamental de lo que pensábamos que era», dijo Iliff.
El sueño, particularmente la partitura eléctrica que el cerebro reproduce cada noche, está en el corazón del proceso.
Cada tipo de sueño, desde las etapas más ligeras, pasando por el sueño profundo, hasta el movimiento ocular rápido o REM, está marcado por un patrón distinto de ondas cerebrales, que los científicos han estado escuchando durante casi un siglo con electroencefalografía (EEG).
El sueño más profundo, justo antes del REM, produce ondas cerebrales lentas que ayudan a organizar y almacenar recuerdos del día y acelerar el ciclo de lavado glinfático.
Las pruebas de EEG muestran que a medida que las personas envejecen, pasan menos tiempo en un sueño profundo y más tiempo en un sueño más ligero.
«Muchas personas, después de los 30 años, su sueño profundo se va al infierno», dijo Tucker. «Creemos que eso puede explicar gran parte de la disminución de la memoria en las personas mayores, y comienza a los 30 años; no es como si tuvieras que envejecer y decrépito».
Tucker ha estado trabajando en estos problemas durante décadas y fundó una empresa en 1992 que fue pionera en un EEG de alta definición que se usa como una red para el cabello con alambre. Esa compañía, Electrical Geodesics, fue comprada por Philips por casi $ 37 millones en 2017.
Su nueva compañía, Brain Electrophysiology Lab, en Eugene, Oregón, busca no solo monitorear la actividad eléctrica del cerebro sino también influir en ella. El trabajo emula los hallazgos de laboratorios de todo el mundo que han comenzado a persuadir al cerebro de una etapa del sueño a otra con minúsculas dosis de corriente.
Estos impulsos artificiales imitan los producidos en la cabeza durante el sueño profundo, y el cerebro sigue su ejemplo y también comienza a producir estas ondas cerebrales más lentas, sumergiéndose en los reinos más profundos del sueño.
«Si cambias la corriente eléctrica que pasa por la cabeza, las neuronas se sincronizan naturalmente con eso», dijo Tucker.
Tucker y otros publicaron en mayo pasado un pequeño estudio revisado por pares en el que al administrar pequeños pulsos de electricidad durante cinco minutos cada vez a sujetos de prueba que dormitaban, aumentaron el tiempo de sueño profundo en un promedio del 13%. Dijo que eso es suficiente para comenzar a hacer que el cerebro sea más efectivo para organizar la memoria y eliminar los desechos.
La aplicación de pequeñas cantidades de electricidad al cerebro, llamada estimulación eléctrica transcraneal, no es nueva. Una amplia revisión de 2017 determinó que parece ser seguro y no observó efectos secundarios graves en más de 18,000 sesiones incluidas en la encuesta. Se ha promocionado por proporcionar una serie de posibles beneficios neurológicos, muchos de los cuales aún no se han probado.
«Dada la cantidad de investigación, la cantidad de promesas y la cantidad de atención de los medios dedicada a la estimulación eléctrica transcraneal, eso no se ha traducido realmente en dispositivos domésticos aprobados por la FDA para diversas indicaciones», advirtió Anna Wexler, bioética de la University of Pennsylvania y uno de los autores del estudio de seguridad.
Determinar si el dispositivo de Tucker puede marcar efectivamente el sistema de limpieza del cerebro es complicado por lo difícil que es observar el sistema glinfático en acción.
Swati Rane Levendovszky, miembro del equipo de investigación y profesora de radiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, ha estado desarrollando técnicas de resonancia magnética para observar y medir la velocidad y el flujo del líquido que lava el cerebro. Si tiene éxito, las técnicas podrían mostrar si el dispositivo de Tucker aumenta ese flujo.
También podría algún día ayudar a los médicos a evaluar a los pacientes para la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y la demencia, dijo. «Todos estos están asociados con la incapacidad de eliminar un tipo de proteína tóxica en el cerebro, y la glifática está relacionada con eso», dijo Levendovszky.
Más allá del diagnóstico, el proyecto evaluará el potencial para ayudar con esas condiciones, dijo Dawn Kernagis, neurocientífica de la Facultad de Medicina de la Universidad de Carolina del Norte y codirectora del proyecto.
«Si este dispositivo tiene un impacto, podríamos estar observando algunos efectos realmente positivos en aquellas poblaciones en las que se ha visto un mayor riesgo de enfermedades neurodegenerativas», dijo Kernagis.
La posibilidad de aplicaciones más amplias atrajo al Ejército, junto con el potencial para mejorar la preparación de los soldados privados de sueño y ayudar a curar a los heridos, dijo Christopher Steele, director del Comando de Investigación y Desarrollo Médico del Ejército de EE. UU.
Para el DOD, «el sistema glinfático presenta una oportunidad para comprender cómo los factores estresantes crónicos pueden desarrollarse con el tiempo, pero también puede brindar información sobre una recuperación más rápida de algunos tipos de lesiones cerebrales», dijo Steele.
El Ejército está financiando un proyecto paralelo que también está tratando de desarrollar un dispositivo para limpiar el cerebro, dirigido por la Universidad Rice, el Colegio de Medicina de Baylor y el Hospital Metodista de Houston.
A medida que avanza el proyecto de investigación militar, una compañía separada fundada por Tucker está trabajando para comenzar una prueba de la Administración de Drogas y Alimentos de una versión de consumo de su gorra para aumentar el sueño profundo. (Otros en el equipo de investigación no tienen ningún interés financiero en el dispositivo de Tucker o sus empresas, dijeron).
«Quiero ser un consumidor de este dispositivo de terapia del sueño», dijo Tucker. «Quiero estar seguro de que durante la próxima década puedo mantener la mejor función posible para un hombre cada vez más viejo».
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