Un estudio publicado hoy en la revista ciencia arroja nueva luz sobre los mecanismos biológicos que controlan el ciclo de sueño-vigilia. Específicamente, muestra que un simple cambio en el equilibrio de las sustancias químicas que se encuentran en el líquido que baña y rodea las células cerebrales puede alterar el estado de conciencia de los animales.
El estudio, que se centra en una colección de iones que residen en el líquido cefalorraquídeo LCR, descubrió que estos cambios no solo desempeñan un papel clave en la estimulación o la amortiguación de la actividad de las células nerviosas, sino que también parecen alterarvolumen celular que hace que las células cerebrales se encojan mientras dormimos, un proceso que facilita la eliminación de desechos.
"Comprender qué impulsa la excitación es esencial para descifrar la conciencia y la falta de ella durante el sueño", dijo Maiken Nedergaard, MD, DMSc., Codirector del Centro de Neuromedicina Traslacional de la Universidad de Rochester y autor principal del estudio ".descubrió que la transición de la vigilia al sueño se acompaña de un cambio marcado y sostenido en 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 estructuras profundas dentro del cerebro y el cerebroEste cóctel de mensajeros químicos sirve para activar, o despertar, un conjunto de neuronas en la corteza cerebral y otras partes del cerebro responsables de la memoria, el pensamiento y el aprendizaje, colocando al cerebro en un estado de vigilia.
Sin embargo, este modelo no explica completamente cómo el cerebro activa rápidamente los miles de millones de células nerviosas necesarias para estar alerta y comenzar a procesar información del mundo exterior, o cómo reduce esta actividad cuando es hora de dormir. Tampoco lo haceexplica cómo el cerebro mantiene un estado de vigilia o sueño con el tiempo.
El nuevo estudio revela que nuestro estado de sueño-vigilia parece depender de la concentración y el equilibrio de iones en el LCR. De hecho, al alterar las concentraciones de iones de potasio, calcio, magnesio y protones que se encuentran en el líquido, elLos investigadores observaron que podían manipular el estado de sueño-vigilia de los ratones en ausencia de neurotransmisores. El potasio en particular parece desempeñar un papel clave ya que los niveles de iones fluctúan rápidamente durante las transiciones de sueño-vigilia.
Si bien se sabía que ocurrían estos cambios en la concentración de iones fuera de las células cerebrales, estos cambios siempre se habían considerado como una consecuencia más que como una de las causas del ciclo sueño-vigilia, como sugiere el nuevo estudio.
"El hecho de que una simple alteración de la composición de iones extracelulares pueda despertar a un animal dormido y hacer que un animal despierto duerma es evidencia directa de que este mecanismo juega un papel clave en la regulación de la conciencia", dijo Nedergaard.
Debido a que los iones están cargados positivamente, a medida que se mueven de un lado a otro entre el LCR y las células cerebrales, pueden cambiar la actividad eléctrica de las células, haciendo que se polaricen o se despolaricen. Cuando ocurre la despolarización en las neuronas, las células se vuelven excitables, alertasy despierto.
Los hallazgos pueden revelar cómo el cerebro puede realizar la tarea de activar miles de millones de células nerviosas de forma rápida, simultánea y a escala global cuando hacemos la transición del sueño al despertar. También puede mostrar cómo el cerebro puede mantenerestado de sueño o vigilia durante un período prolongado al alterar el potencial eléctrico de las células nerviosas.
Los investigadores también observaron que los cambios químicos afectaron el volumen de las células cerebrales. Específicamente, encontraron que las células nerviosas y de soporte en el cerebro se encogen mientras dormimos, creando más espacio para que el líquido cefalorraquídeo elimine los desechos, un proceso que Nedergaardy sus colegas describieron por primera vez en 2013.
Al identificar este nuevo mecanismo de control, los hallazgos podrían apuntar a nuevas formas de regular el ciclo de sueño-vigilia, lo que conduciría a nuevos medicamentos para el sueño y ayudaría a los científicos a comprender mejor las pérdidas prolongadas de conciencia, como durante un coma. También se especulaque los cambios en la composición de iones juegan un papel en la fatiga y la memoria alterada experimentada durante períodos prolongados de vigilia en personas privadas de sueño.
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Materiales proporcionado por Centro médico de la Universidad de Rochester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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