- Por Lis Tous -  

El sueño llega, tarde o temprano, todos los días durante el transcurso de nuestra vida. Sin embargo, por qué dormimos es aún una pregunta crucial para la neurobiología. Ariel Haimovici, Enzo Tagliazucchi y Pablo Balenzuela construyen parámetros para distinguir los estados del sueño y la vigilia, y así, caracterizar modos globales del cerebro cuando dormimos y cuando estamos despiertos. Los investigadores pertenecen al Departamento de Física y al Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA), UBA-CONICET, y han publicado junto al Dr. Helmut Laufs de la Universidad de Kiel, Alemania,  su trabajo en Scientific Reports.

"Sabemos que el cerebro humano no funciona como una máquina con un switch de encendido y apagado; más bien, se encuentra constantemente encendido. Los estados cerebrales se dan de manera global, es decir las neuronas pueden comunicarse entre ellas de manera local, pero a su vez dando origen a modos característicos de dinámica global. Por ejemplo, en la etapa más profunda del sueño la influencia de ciertos neurotransmisores transforman al cerebro en un sistema biestable, donde las neuronas alternan entre períodos con alta tasa de disparo y períodos de inactividad. Este comportamiento es cualitativamente más sencillo del que se observa durante la vigilia consciente”, aclara Enzo Tagliazucchi.

La originalidad del trabajo radica en la complejidad de la metodología aplicada, ya que integra el clásico encefalograma a las imágenes de resonancia magnética funcional -fMRI por sus siglas en inglés-. “Una vez superado este importante obstáculo técnico, el trabajo utiliza novedosos métodos de análisis multivariado para distinguir estados típicos de vigilia y de sueño en personas que están dentro del resonador”, dice Tagliazucchi. De esta forma, los investigadores pueden hipotetizar sobre comportamientos neuronales particulares conociendo -mediante estereotipos estadísticos- si la persona entró en una cierta etapa de sueño o no.

“Cuando realizamos estudios del cerebro utilizando fMRI  suele aparecer un problema, ya que la persona puede pasar en el aparato aproximadamente una hora, se le suele pedir que cierre los ojos y a pesar de que hay ruido es una situación propensa al sueño. La forma de conocer si la persona está dormida y en qué etapa del sueño se encuentra es mediante el encefalograma, por eso necesitamos de las dos observaciones al mismo tiempo”, dice Tagliazucchi y enfatiza: “es muy importante poder diferenciar el estado de sueño del de vigilia particularmente cuando se estudian cuestiones clínicas y el uso de psicofármacos, ya que estos pueden introducir una variable de confusión estadística muy difícil de remover si no se hacen las mediciones adecuadas”.

A través de la resonancia se pueden reconocer los modos, o estados globales del cerebro. Mediante cambios en el flujo sanguíneo -mayor o menor presencia de oxígeno- se puede identificar qué regiones del cerebro tienen más actividad y cuáles trabajan simultáneamente, de manera coordinada. Con la información obtenida los científicos construyen mapas de correlaciones cerebrales, una representación de actividad neuronal simultánea.

Balenzuela reconoce que para realizar este tipo de experimentos debieron sortear un problema técnico complicado ya que necesitaban introducir un encefalograma dentro de un resonador nuclear, y por consiguiente, trabajar con la presencia de fuertes campos magnéticos cambiantes dentro del resonador. “Después medimos, debimos distinguir qué personas estaban dormidas y cuáles no para obtener así ejemplos de todos los estados posibles”, resume el investigador. Los estudios experimentales fueron realizados en el departamento de neurologia de la Universidad de Frankfurt, en Alemania, por el grupo de los Drs. Laufs y por el mismo Tagliazucchi.

Haimovici, por su parte, asegura que el resultado central del trabajo es el estudio de las fluctuaciones entre el acoplamiento de distintas regiones cerebrales mientras se conoce el estado de sueño, prescindiendo de la electroencefalografía. “Básicamente, computamos la manera en que el  acoplamiento evoluciona en el tiempo y aplicamos técnicas de clustering para particionar distintos segmentos temporales de acuerdo a los patrones de acoplamiento. Esa división es un reflejo fiel de las fases de sueño que los sujetos transitan durante el experimento”.

 

Sueño  y psicofármacos

“El problema de la pérdida de la vigilia en experimentos de resonancia magnética funcional es potencialmente desastroso en estudios clínicos”, dice Tagliazucchi y ejemplifica: “supongamos que nuestro objetivo es entender si una enfermedad como la esquizofrenia altera la actividad espontánea del cerebro; medimos una serie de pacientes y sujetos sanos y comparamos los resultados, encontrando diferencias llamativas. Si los pacientes psiquiátricos toman medicamentos -como neurolépticos o antipsicóticos-, es posible que estos incrementen la probabilidad de perder la vigilia y de que confundamos cambios en la actividad debido a una enfermedad con cambios en la actividad debido al sueño”.

Por otro lado, el investigador argumenta que existen en la actualidad inversiones millonarias en este tipo de estudios y “debido a nuestra línea de investigación han tenido que modificarse muchos de los protocolos experimentales para evitar este problema. Con este nuevo trabajo proporcionamos una herramienta para simplificar la estabilización de los niveles de sueño en los sujetos estudiados y por lo tanto atenuar este problema”.

El trabajo no solamente indica que deben tomarse precauciones para evitar la presencia de sueño en estudios con fMRI, sino que además proporciona una herramienta para “salvar” datos experimentales ya adquiridos en los cuales dichas precauciones no fueron tomadas. Tagliazucchi asegura que el análisis “puede ser aplicado retrospectivamente a grandes bases de datos clínicas que ya  fueron adquiridas para identificar a aquellos sujetos que se mantienen despiertos e incluirlos en el análisis, así como para descartar a sujetos que evidentemente cayeron en un estado de sueño profundo. También podemos utilizar el método para estimar la probabilidad de que algunos resultados de la literatura atribuyan  erróneamente diferencias causadas por el sueño a distintos trastornos neuropsiquiátricos”.

“El próximo paso en el que estamos trabajando es en la mejora de los algoritmos de clustering para tener una idea más precisa de la secuencia de eventos que llevan de la vigilia al sueño, con el objetivo de comprender con más profundidad el proceso de quedarse dormido. A partir de ahora, experimentos muy grandes, colaborativos, que involucran a muchos centros clínicos en el mundo pueden usar este algoritmo como un estándar”, concluye Balenzuela.

On wakefulness fluctuations as a source of BOLD functional connectivity dynamics, Scientific Reports, 2017. DOI:10.1038/s41598-017-06389-4