Nuevos conocimientos sobre el sueño descubren mecanismos con amplias implicaciones para aumentar la capacidad intelectual

Si bien es bien sabido que el sueño mejora el rendimiento cognitivo, los mecanismos neuronales subyacentes, en particular los relacionados con el sueño con movimientos oculares no rápidos (NREM), siguen en gran medida inexplorados. Un nuevo estudio realizado por un equipo de investigadores de la Universidad de Rice, el Centro para la Restauración de Sistemas Neurales del Metodista de Houston y el Colegio Médico Weill Cornell, coordinado por Valentin Dragoi de Rice, ha descubierto un mecanismo clave por el cual el sueño mejora el rendimiento neuronal y conductual, cambiando potencialmente nuestra función fundamental. comprensión de cómo el sueño aumenta la capacidad intelectual.

La investigación, publicada en Cienciarevela cómo el sueño NREM (el sueño más ligero que uno experimenta al tomar una siesta, por ejemplo) fomenta la sincronización cerebral y mejora la codificación de la información, arrojando nueva luz sobre esta etapa del sueño. Los investigadores replicaron estos efectos mediante estimulación invasiva, lo que sugiere posibilidades prometedoras para futuras terapias de neuromodulación en humanos. Las implicaciones de este descubrimiento potencialmente allanarán el camino para tratamientos innovadores para los trastornos del sueño e incluso métodos para mejorar el rendimiento cognitivo y conductual.

La investigación implicó un examen de la actividad neuronal en múltiples áreas del cerebro de macacos mientras los animales realizaban una tarea de discriminación visual antes y después de un período de 30 minutos de sueño NREM. Utilizando conjuntos de electrodos múltiples, los investigadores registraron la actividad de miles de neuronas en tres áreas del cerebro: las cortezas visuales primaria y media y la corteza prefrontal dorsolateral, que están asociadas con el procesamiento visual y las funciones ejecutivas. Para confirmar que los macacos estaban en sueño NREM, los investigadores utilizaron polisomnografía para monitorear su actividad cerebral y muscular junto con análisis de video para asegurarse de que sus ojos estuvieran cerrados y sus cuerpos relajados.

Los hallazgos demostraron que el sueño mejoró el desempeño de los animales en la tarea visual con mayor precisión en la distinción de imágenes rotadas. Es importante destacar que esta mejora fue exclusiva de aquellos que realmente se quedaron dormidos: los macacos que experimentaron una vigilia silenciosa sin quedarse dormidos no mostraron el mismo aumento en el rendimiento.

«Durante el sueño, observamos un aumento en la actividad de las ondas delta de baja frecuencia y la activación sincronizada entre neuronas en diferentes regiones corticales», dijo la primera autora, la Dra. Natasha Kharas, ex investigadora del laboratorio de Dragoi y actual residente de cirugía neurológica en Weill Cornell. «Sin embargo, después de dormir, la actividad neuronal se desincroniza más en comparación con antes de dormir, lo que permite que las neuronas se activen de forma más independiente. Este cambio condujo a una mayor precisión en el procesamiento de la información y el rendimiento en las tareas visuales».

Los investigadores también simularon los efectos neuronales del sueño mediante estimulación eléctrica de baja frecuencia de la corteza visual. Aplicaron una estimulación de 4 Hz para imitar la frecuencia delta observada durante el sueño NREM mientras los animales estaban despiertos. Esta estimulación artificial reprodujo el efecto de desincronización observado después del sueño y de manera similar mejoró el desempeño de las tareas de los animales, lo que sugiere que patrones específicos de estimulación eléctrica podrían usarse potencialmente para emular los beneficios cognitivos del sueño.

«Este hallazgo es significativo porque sugiere que algunos de los efectos reparadores y de mejora del rendimiento del sueño podrían lograrse sin la necesidad de dormir realmente», dijo Dragoi, coautor del estudio y profesor de ingeniería eléctrica e informática en Rice, Rosemary. y Daniel J. Harrison III, Presidente Distinguido Presidencial de Neuroprótesis en Houston Methodist y profesor de neurociencia en Weill Cornell. «La capacidad de reproducir la desincronización neuronal similar al sueño en un estado despierto abre nuevas posibilidades para mejorar el rendimiento cognitivo y perceptual en situaciones donde el sueño no es factible, como para personas con trastornos del sueño o en circunstancias atenuantes como la exploración espacial».

Los investigadores profundizaron en sus hallazgos construyendo un modelo de red neuronal de gran tamaño. Descubrieron que durante el sueño, tanto las conexiones excitadoras como las inhibidoras en el cerebro se debilitan, pero lo hacen de forma asimétrica, lo que hace que las conexiones inhibidoras sean más débiles que las excitatorias, lo que provoca un aumento de la excitación.

«Hemos descubierto una solución sorprendente que el cerebro emplea después del sueño mediante la cual las poblaciones neuronales que participan en la tarea reducen su nivel de sincronía después del sueño a pesar de recibir entradas de sincronización durante el sueño», dijo Dragoi.

La idea de que el sueño NREM «impulsa» efectivamente el cerebro de esta manera, y que este reinicio puede imitarse artificialmente, ofrece potencial para desarrollar técnicas terapéuticas de estimulación cerebral para mejorar la función cognitiva y la memoria.

«Nuestro estudio no sólo profundiza nuestra comprensión mecanicista del papel del sueño en la función cognitiva, sino que también abre nuevos caminos al mostrar que patrones específicos de estimulación cerebral podrían sustituir algunos de los beneficios del sueño, lo que apunta hacia un futuro en el que podríamos mejorar la función cerebral independientemente del sueño mismo. «, dijo Dragoi.