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Cierta Ciencia

En Cierta Ciencia, de la mano de la genetista Josefina Cano nos acercamos, cada quince días, al trabajo de muchos investigadores que están poniendo todo su empeño en desenredar la madeja de esa complejidad que nos ha convertido en los únicos animales que pueden y deben manejar a la naturaleza para beneficio mutuo. Hablamos de historias de la biología.

Mientras dormimos

Mientras dormimos - podcast Cierta Ciencia - CienciaEs.com

El por qué necesitamos dormir es claro, al menos según nos lo hace saber el cuerpo.
Si no lo hacemos nos sentiremos cansados, irritables, con un humor de perros y con el problema añadido de que nuestro cerebro no funciona tan bien como quisiéramos: estaremos distraídos y como en medio de una nebulosa.

Pero, ¿qué ocurre durante el dormir que hace que la situación se invierta y nos sintamos como nuevos después de un tiempo dedicados a ello?

La necesidad de dormir se da durante toda la vida. Es común a todas las especies que han sido estudiadas al detalle, desde las moscas hasta los humanos. Se caracteriza por una desconexión temporal del entorno, con frecuencia acompañada de inmovilidad.

Aunque el gran riesgo que entraña el bajar la guardia, el olvidarse de estar atentos, en este momento nos pueda parecer sin importancia, no siempre lo fue. Hoy no pasa nada si no oímos el teléfono o si llaman a la puerta, pero cuando andábamos en la sabana ancestral, a merced de los depredadores debió serlo y mucho; sin embargo la evolución fijó en nuestro cerebro la necesidad de desconectar, con riesgos y todo.

Así, el que el cerebro entre en estado de desconexión tiene que tener un valor adaptativo muy alto y servir para muchas funciones vitales de gran importancia.

Entre las múltiples explicaciones del por qué dormimos, o mejor, por qué nos pasamos un tercio de nuestro tiempo “desperdiciado” entregados a una actividad que podríamos usar para otros fines, está la presentada por dos estudiosos del campo, Giulio Tononi y Chiara Cirelli. Ellos han venido consolidando una propuesta que han llamado la Hipótesis de la Homeostasis Sináptica.

La Homeostasis Sináptica es un estado de equilibrio que hace que, las señales entre las neuronas, las sinapsis, logren mantener buenas relaciones con el entorno: ni mucha ni poca actividad, tan sólo la necesaria. Si todo el trabajo realizado durante el tiempo dedicado a andar por la vida aprendiendo, mirando, estableciendo o manteniendo relaciones con los demás se continuara sin interrupción, se podría llegar a una situación límite, como la de un motor encendido sin parar, que acabaría fundiéndose.

Si todas las sinapsis se mantuvieran aumentando su fuerza, nuestras neuronas podrían al final llegar a un estado de hiperactividad que llevaría a eventuales convulsiones y a epilepsia. “En teoría, el sistema podría llegar a una saturación completa donde todas las sinapsis se volverían fuertes hasta un punto extremo y no existiría por lo tanto la capacidad potencial de codificar nueva información”, dice Richard Huganir de la Universidad Johns Hopkins.

El cerebro tiene la capacidad de evitar lo que sería un desastre. Las neuronas pueden bajarle la fuerza a sus sinapsis de forma masiva, debilitándolas de manera proporcional, así, sus fuerzas absolutas son menores pero las relativas se mantienen. Si una sinapsis era más fuerte que otra, seguirá en ese estado, aunque ambas se volverán más débiles.

El tiempo dedicado a dormir parece tomarse ese trabajo en serio; sirve para renormalizar la fuerza de las uniones sinápticas, contrabalanceando fuerzas. Sin el dormir el aumento progresivo en la fuerza de las sinapsis puede llevar a unos costos insostenibles de energía, espacio y nutrientes celulares. Por esa razón, postulan los autores, las conexiones neuronales se encogen durante el sueño, para permitir reiniciar los procesos de aprendizaje cuando el despertar nos enfrente a una nueva ronda de estímulos. Un proceso que ayuda a la enorme plasticidad del cerebro.

En resumidas cuentas, y de acuerdo a la hipótesis presentada, el dormir es el precio que se paga para mantener esa plasticidad cerebral, tan humana en esencia.

La hipótesis ha sido probada a diferentes niveles: ensayos de comportamiento en humanos a nivel fisiológico o usando las imágenes de resonancia magnética funcional, estudios in-vitro de tajadas de la corteza cerebral, y estudios de microscopía electrónica en moscas y ratones.

El compendio de los resultados de todos estos experimentos confirma que el estar despierto está asociado con una potenciación de las sinapsis, en tanto que el estar dormido lo que hace es normalizar de una forma total las sinapsis, sin olvidar que precisamente esto lleva a preservar un balance global de la fuerza de ellas.

Lo interesante de esta hipótesis es que el dormir no querría decir sumergirse en un estado inerte, un apaga y vámonos, sino un proceso activo que está controlando y poniendo orden en los estados dinámicos fruto de las actividades neuronales establecidas mientras se está despierto.

El equipo de Cirelli ha logrado estudiar cerebros de ratones mientras duermen o están despiertos. Usando un poderoso microscopio ha conseguido medir el tamaño de cerca de unas siete mil sinapsis. “Fueron necesarios cuatro años y el trabajo manual de seis personas”, dice Cirelli. Encontraron que en promedio, las sinapsis se encogen en el sueño: el área de contacto cuando dos neuronas se encuentran es 18 a 20 por ciento menor cuando los animales duermen a que cuando están despiertos, una señal clara de que se han debilitado las sinapsis. Y como se había supuesto, se habían encogido manteniendo la misma proporción y por lo mismo su fuerza relativa.

Mientras Cirelli trabajaba en la parte física del tamaño de las sinapsis “dormidas”, el equipo de Huganir lo hacía en la química. De forma específica estudiaron receptores de proteínas que, en las sinapsis, les permiten a las neuronas recibir mensajes químicos de sus vecinas. El nivel de estos receptores es un buen indicador de la fuerza de las sinapsis. Y ese nivel disminuye mientras se duerme.

Aislaron un buen número de sinapsis de cerebros de ratón, dormidos o despiertos y midieron los niveles de miles de proteínas. Lo hicieron también, usando marcadores fluorescentes para seguir el movimiento de esas proteínas en ratones vivos. Demostraron que muchos receptores se alejaron de las sinapsis mientras los ratones dormían.

Pero no todas las sinapsis se van a dormir. Alrededor de un veinte por ciento se mantienen intactas en fuerza y tamaño, y como se había anotado, el proceso de encogimiento es relativo pues las sinapsis que han estado activas por mucho tiempo, no sufren cambios. Es posible que ellas guarden la memoria más consolidada, los recuerdos más antiguos, como el nombre de la madre, que no se olvidará, así no se duerma bien. Las que se encogen y pierden fuerza sean tal vez las sinapsis de formación reciente. De ahí que, si no son relevantes, al final podrían desaparecer.

Ya hemos contado en este espacio sobre otras teorías de por qué se duerme (1), (2) y (3). Esta nueva hipótesis, que no contradice las anteriores, lo que hace es añadir una muy buena explicación.

(1) http://ciertaciencia.blogspot.com/2016/10/quiere-su-memoria-en-forma-duerma.html
(2) http://ciertaciencia.blogspot.com/2015/07/la-fase-rem-del-buen-dormir.html
(3) http://ciertaciencia.blogspot.com/2013/11/por-que-y-para-que-dormimos.html

Referencia:

Cirelli Chiara and Tononi Giulio.The Sleeping Brain. Cerebrum, 2017

Más información en el Blog de Josefina Cano: Cierta Ciencia


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