Circuito cerebral implicado en la somnolencia, "zonificación"

La investigación emergente aporta una nueva perspectiva sobre el concepto de sueño. El pensamiento tradicional ha sostenido que el cerebro está completamente despierto o dormido, una proposición de todo o nada.

Ahora, los neurocientíficos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han descubierto un circuito cerebral que puede hacer que pequeñas regiones del cerebro se duerman o se vuelvan menos alertas, mientras que el resto del cerebro permanece despierto.

Los científicos encontraron que este circuito se origina en una estructura cerebral conocida como núcleo reticular talámico (TRN). La TRN transmite señales al tálamo y luego a la corteza cerebral, induciendo bolsas de ondas cerebrales lentas y oscilantes características del sueño profundo.

También se producen oscilaciones lentas durante el coma y la anestesia general, y se asocian con una disminución de la excitación. Con suficiente actividad TRN, estas ondas pueden apoderarse de todo el cerebro.

Los investigadores creen que la TRN puede ayudar al cerebro a consolidar nuevos recuerdos al coordinar ondas lentas entre diferentes partes del cerebro, lo que les permite compartir información con mayor facilidad.

"Durante el sueño, tal vez regiones específicas del cerebro tengan ondas lentas al mismo tiempo porque necesitan intercambiar información entre sí, mientras que otras no", dijo la Dra. Laura Lewis, una investigadora afiliada y una de las autoras principales del nuevo estudio.

La TRN también puede ser responsable de lo que sucede en el cerebro cuando las personas privadas de sueño experimentan breves sensaciones de "desconectarse" mientras luchan por mantenerse despiertas, dicen los investigadores.

Los hallazgos del estudio aparecen en la revista eLife.

El otro primer autor del artículo es Jakob Voigts, los autores principales son Emery Brown y Michael Halassa. Otros autores son Francisco Flores, afiliado de investigación del MIT, y Matthew Wilson.

Hasta ahora, la mayoría de las investigaciones sobre el sueño se han centrado en el control global del sueño, que ocurre cuando todo el cerebro está inundado de ondas lentas: oscilaciones de la actividad cerebral que se crean cuando se silencian conjuntos de neuronas durante breves períodos.

Sin embargo, estudios recientes han demostrado que los animales privados de sueño pueden exhibir ondas lentas en partes de su cerebro mientras aún están despiertos, lo que sugiere que el cerebro también puede controlar el estado de alerta a nivel local.

El equipo del MIT comenzó su investigación del control local del estado de alerta o somnolencia con el TRN porque su ubicación física lo coloca en una posición perfecta para desempeñar un papel en el sueño, dice Lewis.

La TRN rodea el tálamo como un caparazón y puede actuar como un guardián de la información sensorial que ingresa al tálamo, que luego envía información a la corteza para su procesamiento posterior.

Usando optogenética, una técnica que permite a los científicos estimular o silenciar las neuronas con luz, los investigadores encontraron que si estimulaban débilmente la TRN en ratones despiertos, aparecían ondas lentas en una pequeña parte de la corteza. Con más estimulación, toda la corteza mostró ondas lentas.

“También descubrimos que cuando se inducen estas ondas lentas a través de la corteza, los animales comienzan a comportarse como si estuvieran somnolientos. Dejarán de moverse, su tono muscular bajará ", dijo Lewis.

Los investigadores creen que la TRN afina el control del cerebro sobre las regiones cerebrales locales, mejorando o reduciendo las ondas lentas en ciertas regiones para que esas áreas puedan comunicarse entre sí, o induciendo algunas áreas a estar menos alertas cuando el cerebro está muy somnoliento.

Esto puede explicar lo que sucede en los seres humanos cuando se les priva del sueño y se desconectan momentáneamente sin realmente quedarse dormidos.

"Me inclino a pensar que eso sucede porque el cerebro comienza a pasar al sueño y algunas regiones locales del cerebro se vuelven somnolientas incluso si te obligas a mantenerte despierto", dijo Lewis.

Comprender cómo el cerebro controla la excitación podría ayudar a los investigadores a diseñar nuevos fármacos anestésicos y para el sueño que creen un estado más similar al sueño natural. La estimulación de la TRN puede inducir estados de sueño profundos, no similares al REM, y una investigación previa de Brown y sus colegas descubrió un circuito que activa el sueño REM.

Brown agregó: “La TRN es rica en sinapsis, conexiones en el cerebro, que liberan el neurotransmisor inhibidor GABA. Por lo tanto, la TRN es casi con certeza un sitio de acción de muchos fármacos anestésicos, dado que una gran cantidad de ellos actúan en estas sinapsis y producen ondas lentas como uno de sus rasgos característicos ".

Trabajos anteriores de Lewis y sus colegas han demostrado que, a diferencia de las ondas lentas del sueño, las ondas lentas bajo anestesia general no están coordinadas, lo que sugiere un mecanismo por el cual estos fármacos afectan el intercambio de información en el cerebro y producen inconsciencia.

Fuente: Instituto de Tecnología de Massachusetts / EurekAlert