Los investigadores han combinado la física y la biología en un estudio que proporciona la primera evidencia directa que explica por qué dormimos. Al considerar el cerebro como una computadora biológica cuyos recursos se agotan durante la vigilia, demostraron que el sueño restablece el «sistema operativo» del cerebro, devolviéndolo a un estado ideal para optimizar el pensamiento y el procesamiento.
Es una pregunta que ha molestado a científicos e investigadores durante años: ¿por qué dormimos? ¿Qué se logra al satisfacer esta necesidad fundamental? Si busca en Google «¿por qué dormimos?», recibirá varias respuestas de diversas fuentes. Algunos dicen que dormir elimina las toxinas del cerebro, otros dicen que ayuda al cuerpo a repararse y revitalizarse o que es fundamental para la formación de recuerdos a largo plazo.
Ahora, un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis ha proporcionado la primera evidencia directa que puede responder a la pregunta.
«El cerebro es como una computadora biológica», dijo Keith Hengen, autor correspondiente del estudio. “La memoria y la experiencia durante la vigilia cambian el código poco a poco, alejando lentamente al sistema más grande de un estado ideal. El propósito central del sueño es restaurar un estado computacional óptimo”.
Comparar el cerebro con una computadora compleja no es demasiado exagerado. Ambos utilizan señales eléctricas para transmitir información, la memoria a largo plazo es como un disco duro para el almacenamiento y la recuperación, y nuestras neuronas son similares a los circuitos. Usar una computadora significa ejecutar una serie de procesos que monopolizan recursos en segundo plano y que pueden hacer que se ralentice con el tiempo. Aplicando la «hipótesis de la criticidad», los investigadores del estudio actual teorizaron que el cerebro actúa de manera similar.
En el campo de la física, la criticidad describe un sistema complejo que existe en el punto de inflexión entre el orden y el caos. Los físicos desarrollaron por primera vez el concepto de criticidad a fines de la década de 1980, utilizando un conjunto simple de reglas para dejar caer miles de granos de arena en una cuadrícula similar a un tablero de ajedrez. Los montones de arena eventualmente llegan a un punto donde comienzan grandes y pequeñas avalanchas sin previo aviso, con montones de un cuadrado cayendo en cascada sobre otros.
«Todo el sistema se organiza en algo extremadamente complejo», afirmó Ralf Wessel, uno de los coautores del estudio.
Aplicando la hipótesis de la criticidad al cerebro, los investigadores comparan cada neurona con granos de arena individuales siguiendo reglas muy básicas. Las avalanchas neuronales son similares a las avalanchas de arena creadas por los físicos, siendo las cascadas el sello distintivo de un sistema que ha alcanzado su estado más complejo. Si las neuronas alcanzan el punto óptimo entre demasiado orden y demasiado caos, alcanzan el punto crítico, y es ahí donde se maximiza el procesamiento de información del cerebro.
La teoría de la criticidad es algo que Hengen y Wessel exploraron en 2019, lo que demuestra que el cerebro trabaja activamente para mantener la criticidad. En el estudio actual, ellos y sus colegas investigadores intentaron comprender la función del sueño en el marco de la criticidad. Midieron las respuestas electrofisiológicas de neuronas individuales en la corteza visual de ratas jóvenes mientras realizaban libremente sus ciclos normales de sueño y vigilia.
«Se pueden seguir estas pequeñas cascadas de actividad a través de la red neuronal», dijo Hengen. “En momentos críticos, pueden ocurrir avalanchas de todos los tamaños y duraciones. Lejos de la criticidad, el sistema se inclina hacia avalanchas pequeñas o grandes. Esto es análogo a escribir un libro y poder utilizar sólo palabras cortas o largas”.
Los investigadores observaron avalanchas de todos los tamaños en ratas que acababan de despertar de un sueño reparador. Durante los períodos de vigilia, las cascadas se volvían cada vez más pequeñas. Los investigadores descubrieron que podían predecir cuándo las ratas estaban a punto de irse a dormir o despertarse siguiendo la distribución de las avalanchas neuronales. El sueño estaba cerca cuando el tamaño de las cascadas se redujo hasta cierto punto.
«Los resultados sugieren que cada momento de vigilia aleja los circuitos cerebrales relevantes de la criticidad, y el sueño ayuda al cerebro a restablecerse», dijo Hengen.
En general, los investigadores dicen que los datos respaldan un modelo en el que el sueño funciona para restaurar la criticidad, que se ha visto socavada progresivamente durante la vigilia. Sus observaciones fueron consistentes con su hipótesis de que el mantenimiento de la criticidad es la función central y regenerativa del sueño.
El estudio fue publicado en la revista Neurociencia de la naturaleza.
