Dormir para aprender

El hallazgo de un 'interruptor del sueño' en moscas da pistas sobre el origen evolutivo de este fenómeno
¿Para qué sirve el sueño? La respuesta «para descansar» es demasiado sencilla. Si el sueño es (sólo) para entrar en 'modo ahorro energético', ¿por qué entonces se mantiene el cerebro tan activo mientras dormimos? Sí, dormir implica apagar algo. Pero ese algo no es el cerebro, sino sólo sus canales de comunicación con el exterior: por dentro la olla sigue, si no a toda presión, sí a pleno funcionamiento. Y los científicos aún no conocen la razón. En los últimos años se han acumulado evidencias a favor de una posible respuesta: el sueño sirve (también) para consolidar lo aprendido durante el día. Dos recientes trabajos publicados en Nature añaden una pincelada más a este cuadro, y es que la relación sueño-memoria no es exclusiva del hombre. En las moscas del vinagre el sueño es controlado por una región cerebral muy implicada en el aprendizaje y la memoria.

Que el hallazgo sea en moscas no significa que sea irrelevante para los humanos. Las moscas son 'un modelo válido' para estudiar nuestro sueño, escribe en uno de los artículos en Nature Ravi Allada, de la Northwestern University en Illinous (EEUU). Y es que las moscas y nosotros tenemos mucho en común en lo que se refiere al sueño: ellas descansan unas 10 horas por la noche, y si se las mantiene despiertas más tiempo necesitan dormir más. También producen durante parte de la noche una actividad eléctrica de baja frecuencia llamada sueño de ondas lentas, y cuando se las despierta de golpe están -como nosotros- atontadas. Además los estados de sueño y vigilia están modulados por sustancias que también intervienen en el sueño de los mamíferos.

De ahí la importancia concedida al hallazgo. Si en las moscas el sueño también sirve para consolidar lo aprendido, implicaría que se trata de un fenómeno muy conservado en la evolución. Y sería una nueva vía para investigar los mecanismos que regulan el sueño y el aprendizaje tanto en invertebrados como en vertebrados.

El área que los investigadores han localizado como clave para el sueño de las moscas se llama 'cuerpos pedunculados' (mushroom bodies). Para identificarla recurrieron a un fármaco capaz de manipular un gen llamado PKA cuya actividad es inversamente proporcional a la duración del sueño en las moscas. Con la ayuda del fármaco lograron expresar este gen en distintas regiones del cerebro, incluyendo los cuerpos pedunculados, y así pudieron establecer el papel de cada área en el sueño.

Una de las conclusiones es que los cuerpos pedunculados serían uno de los «principales interruptores» del sueño en estos insectos, señala Amita Sehgal, de la Universidad de Pennsylvania (EEUU) y firmante del otro trabajo enNature. De esta estructura anatómica en el cerebro de la mosca se sabía ya que estaba «asociada sobre todo con fenómenos de aprendizaje y memoria, aunque también procesan información olfativa y actividad motora», afirma Sehgal. Es una estructura importante en especial para la detección de sustancias químicas, algo esencial en los mecanismos de comunicación entre los insectos.

Incluso durante la fase del sueño REM hay un 80% de actividad cerebral, a pesar de que los 'canales' de información sensorial están cerrados y las órdenes motoras bloqueadas

Por tanto sería posible -especulan los investigadores- que los cuerpos pedunculados fueran «una puerta al país de los sueños»: la mosca se dormiría una vez que quedara inhibido el flujo de información sensorial procesada por los cuerpos pedunculados. «Hemos descubierto que los cuerpos pedunculados tienen un papel central para la regulación del sueño en las moscas [...]. La co-localización de los centros de sueño y aprendizaje en Drosophila (mosca del vinagre) podría indicar la existencia de mecanismos subyacentes compartidos, quizás algo relacionado con la plasticidad sináptica», escribe Ravi Allada.

El hallazgo tiene valor además porque permite profundizar en las estructuras anatómicas que regulan el sueño. «Una de las cosas que dificulta el estudio de este fenómeno es que no está localizado en una parte específica del cerebro», dice Sehgal. El haber encontrado al menos una estructura con un papel clave -los investigadores creen que no será la única- abre la puerta al estudio de los mecanismos moleculares activos en ella.

En humanos

Los humanos, por nuestra parte, no tenemos cuerpos pedunculados, pero la relación entre el sueño y el aprendizaje está cada vez más establecida. Hace ya décadas que se descartó la idea de que el cerebro 'descansa' y permanece inactivo cuando duerme. Todo lo contrario. Durante el sueño REM -cuando el durmiente tiene los sueños más vívidos y que ocupa hasta el 20% del sueño- hay una gran actividad cerebral, a pesar de que los 'canales' de información sensorial están cerrados y las órdenes motoras bloqueadas. Incluso durante la fase de ondas lentas -también presente en las moscas- el cerebro muestra un 80% de actividad.

«Estos hallazgos conducen a dos ideas radicales», analiza Allan Hobson, del Harvard Medical School en Massachusetts (EEUU), en una revisión en Nature en 2005. «Una es que el sueño es un proceso regulado activamente, no simplemente el resultado pasivo de la disminución del estado de alerta. La otra es que el sueño debería ser considerado una reordenación de la actividad neuronal, en lugar de una parada de actividad».

Durante la última década varios trabajos han mostrado que esta supuesta 'reordenación' neuronal tiene que ver con el aprendizaje. A principios de los noventa los investigadores Avi Karni y Dov Sagi descubrieron que el aprendizaje de nuevas tareas se veía muy dificultado si se interrumpía o impedía el sueño REM. Y fue como abrir una nueva área de investigación que enseguida se volvió muy animada. «En la pasada década se ha quintuplicado el ritmo de publicaciones sobre la dependencia que el aprendizaje y los procesos de consolidación de la memoria tienen del sueño», escribe también en Nature, Robert Stickgold, del Harvard Medical School. «Numerosos estudios a escala molecular, celular, fisiológica y de comportamiento hallan evidencias a favor de esta dependencia».

POR QUÉ LOS BEBÉS NECESITAN DORMIR TANTO

Imagen: Daoist56/ Flickr

Para que algo sea 'fijado' en el cerebro es necesario que se refuercen las conexiones entre neuronas e incluso entre distintas áreas cerebrales. Y en ese reforzamiento el sueño juega un papel clave. Pero ¿Cómo? Una manera de abordar el problema es hacer aprender una tarea a un grupo de personas y observar cómo funciona su cerebro en tiempo real -qué áreas se activan, por ejemplo- con una resonancia magnética funcional, y hacer esto cuando los sujetos practican lo aprendido después de dormir o habiendo permanecido en vela.

Lo que descubrieron un grupo de investigadores al hacer ese experimento con personas que debían aprender tareas 'de procedimiento' (como hablar, coordinar las extremidades o tocar un instrumento) es que las áreas cerebrales que se activaban cuando habían dormido y cuando no, son muy distintas. Y en cualquier caso las que se activaban tras el sueño producían una mejor respuesta (el sujeto reproducía mejor lo aprendido).

En concreto, una de las áreas más activas cuando el sujeto había dormido era el cerebelo, «que funciona como uno de los centros motores del cerebro, controlando la velocidad y la precisión», explica Matthew Walker del Beth Israel Deaconess Medical Center. En cambio las áreas implicadas en emociones como el estrés y la ansiedad presentaban una actividad menor. Es como si al dormir «estuviésemos cambiando de sitio lo aprendido para almacenarlo en regiones más seguras, y que al sacarlo pudiera ser practicado mejor y con menos ansiedad». El resultado es que este tipo de tareas de procedimiento se vuelven más automatizadas y para ser realizadas requieren el uso de menos regiones conscientes del cerebro.

Esto podría explicar también porqué los niños y en especial los más pequeños necesitan dormir tanto: «El sueño parece jugar un papel clave en el desarrollo humano», dice Walker. «A los 12 meses los niños están en un estado casi constante de aprendizaje motor, coordinando sus extremidades y dedos en infinidad de rutinas. Tienen muchísimo que consolidar, y por tanto este intenso período de aprendizaje necesita mucho sueño».