PUBLICADO EN 'SCIENCE'
Sutiles variaciones químicas en el cerebro alteran el ciclo sueño-vigilia
JANO.es · 29 abril 2016 12:38
Un estudio muestra que modificaciones en los iones del líquido cefalorraquídeo inciden en el mecanismo que hace que las células del cerebro se encojan mientras dormimos.
Un estudio publicado en Science arroja nuevos datos sobre los mecanismos biológicos que controlan el ciclo de sueño-vigilia. En concreto, muestra que un simple cambio en el equilibrio de las sustancias químicas presentes en el líquido que baña y rodea las células del cerebro pueden alterar el estado de conciencia de los animales.
El estudio, que se centra en un conjunto de iones que residen en el líquido cefalorraquídeo (LCR), detectó que estos cambios no sólo juegan un papel clave en la estimulación o la amortiguación de la actividad de las células nerviosas, sino que también parecen alterar el volumen celular que hace que las células del cerebro se encojan mientras dormimos, un proceso que facilita la eliminación de los residuos.
"Entender qué impulsa la agitación es esencial para descifrar la conciencia y la falta de ella durante el sueño -apunta la autora principal del estudio, Maiken Nedergaard, co-directora de la del Centro de Conversión de Neuromedicina de la Universidad de Rochester, Estados Unidos--. Hemos encontrado que la transición de la vigilia al sueño se acompaña de un cambio marcado y sostenido de la concentración de iones extracelulares clave y el volumen del espacio extracelular".
El consenso científico actual es que el cerebro es "despertado" por un conjunto de neurotransmisores --que incluyen compuestos como acetilcolina, hipocretina, histamina, serotonina, noradrenalina y dopamina-- que se originan en las estructuras profundas del cerebro y del tronco cerebral. Este cóctel de mensajeros químicos sirven para activar --o excitar-- un conjunto de neuronas en la corteza cerebral y otras partes del cerebro responsables de la memoria, el pensamiento y el aprendizaje, llevando al cerebro a un estado de vigilia.
Sin embargo, este modelo no explica plenamente cómo el cerebro activa rápidamente los miles de millones de células nerviosas necesarias para estar en alerta y comenzar el procesamiento de la información del mundo exterior, o la forma en que serpentea por esta actividad cuando es la hora de dormir. Tampoco detalla cómo el cerebro mantiene un estado de vigilia o sueño con el tiempo.
El nuevo estudio revela que nuestro estado de sueño-vigilia parece ser dependiente de la concentración y el equilibrio de los iones en el líquido cefalorraquídeo. De hecho, al alterar las concentraciones de potasio, calcio, magnesio y los iones de protones que se encuentra en el líquido, los investigadores observaron que podían manipular el estado de sueño-vigilia de los ratones en ausencia de neurotransmisores.
En particular, el potasio parece jugar un papel clave como los niveles de iones fluctúan rápidamente durante las transiciones de sueño-vigilia. Aunque se sabía que se producían estos cambios en la concentración de iones fuera de las células del cerebro, siempre se han considerado como una consecuencia más que una de las causas del ciclo sueño-vigilia, como sugiere el nuevo estudio.
El estudio, que se centra en un conjunto de iones que residen en el líquido cefalorraquídeo (LCR), detectó que estos cambios no sólo juegan un papel clave en la estimulación o la amortiguación de la actividad de las células nerviosas, sino que también parecen alterar el volumen celular que hace que las células del cerebro se encojan mientras dormimos, un proceso que facilita la eliminación de los residuos.
"Entender qué impulsa la agitación es esencial para descifrar la conciencia y la falta de ella durante el sueño -apunta la autora principal del estudio, Maiken Nedergaard, co-directora de la del Centro de Conversión de Neuromedicina de la Universidad de Rochester, Estados Unidos--. Hemos encontrado que la transición de la vigilia al sueño se acompaña de un cambio marcado y sostenido de la concentración de iones extracelulares clave y el volumen del espacio extracelular".
El consenso científico actual es que el cerebro es "despertado" por un conjunto de neurotransmisores --que incluyen compuestos como acetilcolina, hipocretina, histamina, serotonina, noradrenalina y dopamina-- que se originan en las estructuras profundas del cerebro y del tronco cerebral. Este cóctel de mensajeros químicos sirven para activar --o excitar-- un conjunto de neuronas en la corteza cerebral y otras partes del cerebro responsables de la memoria, el pensamiento y el aprendizaje, llevando al cerebro a un estado de vigilia.
Sin embargo, este modelo no explica plenamente cómo el cerebro activa rápidamente los miles de millones de células nerviosas necesarias para estar en alerta y comenzar el procesamiento de la información del mundo exterior, o la forma en que serpentea por esta actividad cuando es la hora de dormir. Tampoco detalla cómo el cerebro mantiene un estado de vigilia o sueño con el tiempo.
El nuevo estudio revela que nuestro estado de sueño-vigilia parece ser dependiente de la concentración y el equilibrio de los iones en el líquido cefalorraquídeo. De hecho, al alterar las concentraciones de potasio, calcio, magnesio y los iones de protones que se encuentra en el líquido, los investigadores observaron que podían manipular el estado de sueño-vigilia de los ratones en ausencia de neurotransmisores.
En particular, el potasio parece jugar un papel clave como los niveles de iones fluctúan rápidamente durante las transiciones de sueño-vigilia. Aunque se sabía que se producían estos cambios en la concentración de iones fuera de las células del cerebro, siempre se han considerado como una consecuencia más que una de las causas del ciclo sueño-vigilia, como sugiere el nuevo estudio.
Un mecanismo con una fuerte incidencia en la conciencia
"El hecho de que una simple alteración de la composición de iones extracelular puede despertar a un animal dormido y llevar a un animal por la estela del sueño es una evidencia directa de que este mecanismo juega un papel clave en la regulación de la conciencia", dice Nedergaard.
Debido a que los iones están cargados positivamente, mientras que se mueven hacia atrás y adelante entre las células del LCR y el cerebro, pueden cambiar la actividad eléctrica de las células haciendo que se polaricen o despolaricen. Cuando se produce la despolarización de las neuronas, las células se vuelven excitables, en alerta y despiertas.
Los hallazgos podrían revelar cómo el cerebro es capaz de realizar la tarea de activar miles de millones de células nerviosas con rapidez, al mismo tiempo, y en una escala global cuando hacemos la transición del sueño al despertar. También puede mostrar cómo el cerebro consigue mantener un estado de sueño o de vigilia durante un periodo prolongado de tiempo mediante la alteración del potencial eléctrico de las células nerviosas.
Los investigadores también observaron que los cambios químicos impactan en el volumen de las células cerebrales. Específicamente, vieron que las células nerviosas y de apoyo en el cerebro se contraen mientras dormimos, dejando más espacio para que el líquido cefalorraquídeo en expulse los residuos, un proceso que Nedergaard y sus colegas describieron por primera vez en 2013.
Mediante la identificación de este nuevo mecanismo de control, los resultados podrían apuntar a nuevas maneras de regular el ciclo sueño-vigilia, llevando a nuevos medicamentos para dormir, y ayudar a los científicos a entender mejor las pérdidas prolongadas de conciencia, como durante un coma. También se especula que los cambios en la composición de iones desempeñan un papel en la fatiga y el deterioro de la memoria experimentado durante periodos prolongados de vigilia en personas con falta de sueño.
"El hecho de que una simple alteración de la composición de iones extracelular puede despertar a un animal dormido y llevar a un animal por la estela del sueño es una evidencia directa de que este mecanismo juega un papel clave en la regulación de la conciencia", dice Nedergaard.
Debido a que los iones están cargados positivamente, mientras que se mueven hacia atrás y adelante entre las células del LCR y el cerebro, pueden cambiar la actividad eléctrica de las células haciendo que se polaricen o despolaricen. Cuando se produce la despolarización de las neuronas, las células se vuelven excitables, en alerta y despiertas.
Los hallazgos podrían revelar cómo el cerebro es capaz de realizar la tarea de activar miles de millones de células nerviosas con rapidez, al mismo tiempo, y en una escala global cuando hacemos la transición del sueño al despertar. También puede mostrar cómo el cerebro consigue mantener un estado de sueño o de vigilia durante un periodo prolongado de tiempo mediante la alteración del potencial eléctrico de las células nerviosas.
Los investigadores también observaron que los cambios químicos impactan en el volumen de las células cerebrales. Específicamente, vieron que las células nerviosas y de apoyo en el cerebro se contraen mientras dormimos, dejando más espacio para que el líquido cefalorraquídeo en expulse los residuos, un proceso que Nedergaard y sus colegas describieron por primera vez en 2013.
Mediante la identificación de este nuevo mecanismo de control, los resultados podrían apuntar a nuevas maneras de regular el ciclo sueño-vigilia, llevando a nuevos medicamentos para dormir, y ayudar a los científicos a entender mejor las pérdidas prolongadas de conciencia, como durante un coma. También se especula que los cambios en la composición de iones desempeñan un papel en la fatiga y el deterioro de la memoria experimentado durante periodos prolongados de vigilia en personas con falta de sueño.
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