Capítulo 2: El cerebro dormido - Neuroanatomía, Polisomnografía y Actigrafía

tronco encefálico

Con grupos de neuronas que controlan la respiración, la frecuencia cardíaca y el diámetro de los vasos sanguíneos, el tronco encefálico coordina movimientos como tragar, toser, estornudar y mucho más. Las vías de información sensorial y motora pasan y a veces hacen conexiones en diversas regiones del tronco encefálico. El sistema de activación reticular (RAS) —una red de conexiones, originadas principalmente en la formación reticular— contiene circuitos del tronco encefálico que envían señales a la corteza cerebral directamente y también a través del tálamo para contribuir a la conciencia (Figura 2.4). Las señales sensoriales a lo largo de este camino te mantienen alerta y orientado a tu entorno. El RAS se activa durante los estados de vigilia y se inactiva como parte de iniciar y mantener el sueño. Sin embargo, cuando alguien está durmiendo, un estímulo sensorial lo suficientemente fuerte, como un ruido fuerte, despertará a la persona a través de la activación de RAS. Las personas difieren entre sí en el umbral requerido para activar el RAS durante el sueño: así hay durmientes “pesados” y “ligeros”. Las señales de los ojos, los oídos y la mayor parte del resto del cuerpo (por ejemplo, temperatura, tacto, dolor) viajan a través del RAS, pero los olores no. Es por ello que los detectores de humo son importantes en las áreas para dormir. Una persona puede morir inhalando humo de un fuego mientras duerme porque el olor a humo no viajará por el RAS y los despertará. Si una persona no puede escuchar una alarma de incendio, puede considerar detectores de humo que utilizan luces intermitentes extremadamente brillantes o fuertes vibraciones de almohada para activar las vías RAS y aumentar sus posibilidades de despertar.

Cerebelo

Aunque el cerebelo es solo una décima parte del peso del cerebro, contiene casi la mitad de las neuronas del cerebro. Muchas de estas neuronas se dedican a coordinar y optimizar el movimiento, así como a mantener la postura y el equilibrio. Si bien la señal motora preliminar para hacer un movimiento, como lanzar una pelota o decir una palabra, se origina en el área motora de la corteza cerebral, esa señal se enrollará hacia el cerebelo y volverá a la corteza cerebral. El beneficio de la entrada cerebelosa es que el movimiento será más suave y preciso. También hay funciones no motoras del cerebelo, como el aprendizaje y el procesamiento de la información, y una serie de funciones relacionadas con el sueño. Las investigaciones muestran que la corteza cerebral y las interacciones cerebelosas son cruciales para la consolidación de la memoria, y algunas de estas interacciones ocurren particularmente durante el sueño.4 La actividad cerebelosa también cambia dependiendo de la etapa específica del sueño. Los científicos continúan debatiendo el papel exacto del cerebelo en el sueño, pero es claro que su disfunción puede ocasionar problemas para dormir. En presencia de una función cerebelosa anormal debido a un daño o un trastorno neurológico, se puede interrumpir el ciclo sueño-vigilia y pueden estar presentes trastornos del sueño. De interés es que los genes del reloj —reguladores del ritmo circadiano— son expresados por las células cerebelosas, pero su función en esta región aún está por dilucidarse.

Diencéfalo

El tálamo, la mayor parte del diencéfalo, es una estación de retransmisión, que transmite información sensorial desde la médula espinal y el tronco encefálico hasta las áreas sensoriales de la corteza cerebral (Figura 2.5). Adicionalmente, al transmitir información desde el cerebelo y otras estructuras cerebrales hasta las regiones motoras de la corteza cerebral, el tálamo es fundamental para crear un movimiento coordinado. También hay funciones talámicas asociadas con el aprendizaje, la memoria, las emociones y la conciencia. Esta conciencia es mantenida en parte por el tálamo transmitiendo algunas de las señales RAS hasta la corteza cerebral. En contraste, durante algunos componentes del sueño, el tálamo envía señales oscilatorias a una gran área de la corteza cerebral, en efecto interfiriendo con la recepción cerebrocortical de entrada sensorial que normalmente viajaría desde el RAS. Las señales oscilatorias en este entorno se refieren a la actividad eléctrica neuronal que es regular y sincronizada, a diferencia de la actividad sensorial neuronal mientras está despierta, que sería irregular y no sincronizada de manera generalizada.

Posterior y superior al tálamo, el epítálamo contiene los núcleos habenulares, que asocian las emociones con los olores, por ejemplo, la reacción que puedas tener a la fragancia de tu ipo (hawaiano para “cariño”).

La otra estructura en el epítálamo es la glándula pineal, una estructura del tamaño de un guisante que libera la hormona melatonina. Las hormonas son moléculas que fluyen a través de la sangre hacia su estructura objetivo, donde tienen un efecto. Este es el mecanismo de acción del sistema endocrino.5 Por lo tanto, la glándula pineal, aunque se encuentra en el cerebro, es parte del sistema endocrino. Durante la oscuridad de la noche, la glándula pineal libera sus niveles más altos de melatonina, regulando así el ritmo circadiano (ver capítulo 3).

El hipotálamo (hipo = bajo) está formado por varios núcleos con una amplia gama de funciones. Usted puede estar familiarizado con el núcleo (plural, núcleos) como la parte de una célula que contiene el material genético. Sin embargo, en el cerebro, núcleo se refiere a un grupo de cuerpos celulares neuronales como los que comprenden el hipotálamo (Figura 2.7). Para tener una idea del rango de funciones del hipotálamo, incluyen, pero no se limitan a, regular la temperatura corporal, generar la sensación de estar satisfecho después de comer, excitarse sexualmente, cambiar la frecuencia cardíaca y controlar el ritmo circadiano.

De los muchos núcleos del hipotálamo, el núcleo supraquiasmático (SCN) es el que orquesta el ritmo circadiano. Como se recoge en el capítulo 3, las señales dependientes de la luz y la oscuridad de los ojos son una de las fuerzas impulsoras del SCN, que regula la liberación de melatonina por parte de la glándula pineal.

El hipotálamo posterior (núcleo hipotalámico posterior) es un núcleo que contribuye a una elaborada red de estructuras involucradas con el mantenimiento del estado despierto. Una de las moléculas que libera el hipotálamo posterior para mantener la vigilia es la histamina. Esto explica, en parte, la somnolencia que se experimenta al tomar un antihistamínico, que se encuentra en muchos medicamentos para la alergia, que bloquea los efectos de la histamina. De hecho, una de las vías productoras de vigilia de la cafeína se asocia con la activación de la liberación de histamina de estas neuronas. El hipotálamo posterior también libera ácido gamma-aminobutírico (GABA) para mantener la vigilia. Lo hace inhibiendo neuronas que normalmente inhibirían la actividad de la corteza cerebral. Si estás pensando, “Eso suena como un doble negativo”, tienes razón. Piénsalo de esta manera: La corteza cerebral despierta está procesando activamente la información, pero ese procesamiento puede ser inhibido por vías neuronales, resultando así en sueño o somnolencia. Pero si esas vías inductoras de somnolencia son inhibidas por GABA desde el hipotálamo posterior, entonces el cerebro permanecerá alerta.

Para entender uno de los mecanismos para conciliar el sueño, consideremos qué pasaría si se inhibiera el hipotálamo posterior y sus efectos promotores de la vigilia. Dado que una de las funciones del hipotálamo posterior es facilitar la transmisión de información hasta la corteza cerebral, la inhibición del hipotálamo posterior apoyaría el inicio del sueño al reducir el procesamiento de la información de la corteza cerebral. El hipotálamo anterior (núcleo hipotalámico anterior) lo logra a través de GABA. Cuando el hipotálamo anterior es activado por el neurotransmisor serotonina, y si el momento es correcto en términos de ritmo circadiano, el hipotálamo posterior es inhibido por el hipotálamo anterior, ayudando a lograr el estado de sueño. El RAS también se inhibe de la actividad GABA del hipotálamo anterior, reduciendo aún más la probabilidad de que la información sensorial tenga efectos de alerta sobre la corteza cerebral. Ahora el cerebro puede conciliar el sueño, en su mayoría ininterrumpido desde la experiencia externa.

Cerebro

Cantar una canción, escribir una historia, practicar un deporte y planear el día son posibles gracias a nuestro cerebro. Se divide por la mitad, con regiones discretas que conectan los hemisferios izquierdo y derecho. En lo profundo del cerebro hay estructuras asociadas con una serie de funciones que incluyen memoria, emociones y control motor. Las neuronas más superficiales del cerebro comprenden la corteza cerebral, la cual se divide en cuatro lóbulos: frontal, parietal, occipital y temporal (Figura 2.8). La insula es otra sección de la corteza cerebral pero se visualiza mejor creando un espacio entre el encuentro de los lóbulos frontal y temporal (Figura 2.9).

El lóbulo frontal contiene áreas para el control motor, generación del habla, identificación de olores, razonamiento, personalidad, juicio, comprensión de consecuencias, aprendizaje de conceptos complicados y más.

El lóbulo parietal recibe información sensorial, como tacto, temperatura, dolor y picor. También asocia datos sensoriales con otra información, lo que le permite identificar un artículo previamente encontrado, como su fruta favorita, completamente al tacto. Parte de la capacidad de entender el lenguaje también se encuentra en el lóbulo parietal.

El lóbulo occipital procesa la información visual, incluyendo dar sentido a las imágenes. Por ejemplo, las formas de imagen que vienen de los ojos se combinan en el lóbulo occipital de una manera que te permite reconocer tus zapatos únicamente mirándolos.

El lóbulo temporal recibe y procesa sonidos y tiene áreas para reconocer rostros y percibir olores.

La insula, anteriormente una de las regiones cerebrales menos entendidas, ahora es conocida por procesar sensaciones gustativas, olfativas, sonoras, viscerales y superficiales corporales, y respuestas emocionales como la empatía.

El sistema límbico incluye parte de la corteza cerebral y contiene grupos de cuerpos celulares neuronales y vías que interconectan las regiones de la corteza cerebral y otras estructuras cerebrales (Figura 2.10). Crea emociones como el placer, la ira y la rabia a la vez que provoca impulsos para el hambre y el sexo. El hipocampo, una estructura vital para la memoria, se encuentra en el sistema límbico. El hipocampo ha recibido más atención en las últimas décadas debido a que estudios han sugerido que el hipocampo adulto produce nuevas neuronas, algo que antes se consideraba imposible en cualquier parte del cerebro adulto. Sin embargo, con más investigaciones, los neurocientíficos comenzaron a cuestionar la existencia de la neurogénesis del hipocampo. El debate ha continuado, con la investigación de 2019 haciendo retroceder la visión a favor de la neurogénesis en humanos adultos de hasta noventa años de edad6

En capítulos posteriores, revisaremos diversos aspectos de la anatomía cerebral, como cuando aprendemos sobre la creación y cualidades de diferentes tipos de sueños o cómo los sueños pueden ayudarnos a sanar del trauma. Por ahora, nuestra discusión sobre la actividad cerebral girará sobre cómo se utilizan sus características para clasificar diferentes estados de vigilia y sueño.

Electroencefalograma

Durante un electroencefalograma (EEG; electro = electricidad, en = interior, cefalo = cabeza, gram = registro), la actividad eléctrica en el cerebro viaja a través del cráneo y la piel y puede detectarse pegando pequeños electrodos al cuero cabelludo (Figura 2.12). La visualización de los cambios de voltaje a lo largo del tiempo da una indicación de inicio y compensación del sueño, así como la etapa del sueño (como REM o NREM, cubierta en la siguiente sección). El cambio de voltaje se mide verticalmente a lo largo del eje y, y el cambio de tiempo se mide horizontalmente a lo largo del eje x. Esta orientación del eje es típica para los tres tipos de registros de polisomnogramas (electroencefalograma, electrooculograma y electromiograma), pero la escala en el eje y puede variar.

Las características de onda eléctrica PSG son amplitud, frecuencia y morfología (Figura 2.13). La amplitud de onda es exactamente lo que parece: el tamaño de la onda, una medición de voltaje en el eje y. La frecuencia describe qué tan rápido están llegando las ondas, por lo que se medirá mirando a lo largo del eje x, en la sincronización (Figura 2.14). Las unidades de frecuencia se miden en hercios, también conocidos como “ciclos por segundo”, siendo un ciclo una onda completa. Entonces esto se refiere a cuántas olas enteras están llegando cada segundo. (El término hercios [Hz] lleva el nombre de una persona que estudió ondas electromagnéticas). La morfología (morph = forma) es una manera de observar a lo largo del registro formas únicas, como un huso del sueño o complejo K, que se discuten en relación con NREM 2 en la sección Etapas del sueño (Figura 2.15). Diferentes estados fisiológicos, como dormir o pensar, pueden ser identificados por EEG (Figura 2.16).

• Beta: despierto, alerta, pensando; 14—40 Hz
• Alfa: despierto, descansando la mente, ojos cerrados; 8—13 Hz
• Theta: somnolencia, soñar despierto, dormir; 4—7 Hz
• Delta: sueño; 1—4 Hz

Electrooculograma

Diferentes partes del ciclo del sueño tienen movimientos oculares particulares que se pueden registrar pegando electrodos en la piel más allá de la esquina externa de cada ojo para un electrooculograma (EOG; electro = electricidad, oculo = ojo, gram = grabación). La región anterior (frontal) del globo ocular está cargada positivamente en comparación con su región posterior (posterior). Esta diferencia de carga se utiliza para generar una traza de voltaje para cada ojo, indicando si el ojo se mueve hacia o lejos del electrodo, así como la velocidad y tamaño de los movimientos (Figura 2.17).

Electromiograma

El movimiento corporal durante el sueño se puede clasificar para determinar las etapas del sueño. Los electrodos se suelen colocar debajo del mentón y en la pierna para un electromiograma (EMG; electro = electricidad, myo = músculo, gram = grabación). Si estás sentado leyendo este capítulo y comienzas a conciliar el sueño, tu cabeza caería ligeramente hacia adelante porque los músculos posturales debajo del mentón se relajan. Este cambio en el tono muscular es recogido por un EMG. Durante una noche de sueño, es normal cambiar de posición, contraerse e incluso tener períodos de parálisis. El EMG muestra el tipo y la sincronización de este movimiento (o falta de movimiento) para que los datos se puedan combinar con el EOG y EEG para proporcionar detalles sobre el sueño de una persona.

Medidas Clínicas Adicionales

El EEG, EOG y EMG son útiles en la investigación, pero un estudio clínico del sueño se basa en datos fisiológicos adicionales. El técnico del sueño conectará al paciente a dispositivos para medir la actividad cardíaca (electrocardiógrafo), oxígeno en sangre (pulsioxímetro), esfuerzo respiratorio (instrumentos de medición de expansión torácica y abdominal) y movimiento de la respiración en la boca y nariz (sensores de flujo de aire oral/nasal). Consulte la sección Apnea del capítulo 6 para una discusión más detallada de estas medidas clínicas.

Sueño REM

Durante el sueño REM, tenemos sueños vívidos y emocionales mientras el cuerpo está paralizado y aparentemente no regulamos varias funciones fisiológicas como la temperatura corporal, la frecuencia cardíaca y la presión arterial. El sueño REM está compuesto por componentes fásicos y tónicos. El sueño REM fásico se reconoce fácilmente debido a las “fases” cuando los ojos se lanzan hacia adelante y hacia atrás. El sueño REM tónico, aunque todavía se considera sueño REM, no tiene movimientos oculares pero tiene actividad cerebral similar a la del sueño REM fásico. A menos que se indique lo contrario, en este libro de texto, REM se referirá a REM en general sin diferenciar entre fásico o tónico.

El propósito de esos movimientos oculares rápidos puede sorprenderte, sobre todo si, como muchos otros, asumiste que los movimientos estaban asociados con el contenido de los sueños (que no lo son). Una investigación realizada por un fisiólogo ocular de la Universidad de Columbia sugiere que el movimiento ocular rápido durante el sueño puede ser una forma de mantener el humor acuoso en el globo ocular arremolinándose para transportar oxígeno desde los vasos sanguíneos del iris a la córnea, que carece de vasos sanguíneos.8 Durante el sueño, si los ojos lo hicieran no moverse, la falta de movimiento del fluido acuoso podría resultar en asfixia corneal y muerte celular. Cuando una persona está despierta, con los ojos abiertos, hay una diferencia de temperatura a ambos lados de la córnea que crea corrientes de convección, haciendo que el humor acuoso se mueva y transporte el oxígeno (Figura 2.18). La historia se vuelve más interesante cuando tratamos de entender por qué los períodos de sueño REM se alargan durante toda la noche. El grupo de investigadores de Columbia teorizó que este alargamiento de los periodos de sueño REM es necesario para el transporte de oxígeno, ya que el tiempo acumulado (NREM + REM) que el ojo cerrado permanece inmóvil aumenta de la primera a la última hora de sueño.

Mirar el EEG de una persona en sueño REM puede llevarte a creer que está despierta porque la actividad eléctrica es asíncrona, parece desordenada. Esta actividad asíncrona es típica del estado de vigilia, cuando el cerebro está procesando innumerables entradas sensoriales y pensamientos.

La parálisis flácida de los músculos esqueléticos durante el sueño REM deja a la persona inmóvil a excepción de la respiración, el movimiento rápido de los ojos y la contracción ocasional, tal vez en una pierna, dedo o músculo facial. También hay pequeños músculos esqueléticos en el oído medio, que brindan protección contra ruidos fuertes, que no se paralizan durante el sueño REM, pero esto ciertamente no es observable para el espectador casual. La Figura 2.19 muestra el EEG, EOG y EMG del estado de vigilia y las diferentes etapas del sueño: S1 (NREM 1), S2 (NREM 2), SWS (sueño de onda lenta; NREM 3 y NREM 4) y REM.

Sueño NREM

NREM 1 es cómo ingresas al sueño y es una etapa ligera del sueño. El sueño ligero significa que una persona se despierta fácilmente. Muchos de nosotros hemos estado en un extremo de esta experiencia: Despiertas a tu amigo, que obviamente está durmiendo, y mencionas pensativamente: “Perdón por despertarte, pero—” e interrumpen, “¡No estaba durmiendo!” y mírate como dijiste algo ridículo. Si tu amigo estaba enganchado al PSG, podrías demostrarle que de hecho estaban dormidos. Pueden reportar que no podrían haber estado dormidos porque estaban pensando en algo, aunque por lo general algo bastante mundano. Estos “pensamientos” son de hecho los sueños aburridos de NREM 1. Otra experiencia de NREM 1 puede ser cuando nos acostamos a dormir, y después de unos momentos, preguntarnos por qué estábamos pensando algo un poco absurdo o ilógico. Probablemente caímos en NREM 1, nos despertamos fácilmente sin la impresión de estar dormidos, y luego recordamos el sueño de NREM 1 como un “pensamiento”.

Aquí hay algunos datos más sobre el sueño NREM 1:

• • El EEG de NREM 1 se caracteriza por la actividad theta, con su menor frecuencia en comparación con el estado despierto.
• • Aunque puedes asustar a tu compañero de cuarto al mirarlo mientras se duermen (la locura del científico del sueño), puedes notar cuando se meten en NREM 1 ya que sus ojos cerrados han observado fácilmente movimientos lentos de balanceo.
• • Ocasionalmente, vemos a alguien acostado, reajustando suavemente su posición, y concluimos que no está durmiendo. Podemos decirles algo, para que descubran un poco que sobresalen y pregunten por qué los despertamos. Estos movimientos aparentemente despiertos son normales en NREM 1 y se ven en el EMG. Esta etapa también puede incluir tirones hipnicos, donde todo el cuerpo o partes del cuerpo tienen una gran contracción, y a menudo hay una sensación de caída. Se especula que los tirones hipnicos son una respuesta vestigial que impidió que nuestros ancestros que dormían en árboles cayeran al suelo.

El término sueño ligero a menudo se refiere a NREM 1 y NREM 2, pero NREM 2 duerme, donde pasarás casi la mitad de tu noche, es más difícil de despertar que en NREM 1. Aquí es cuando las cosas en el cuerpo comienzan a disminuir la velocidad:

• • La morfología EEG única —husillos del sueño y complejos K— de NREM 2 facilita diferenciar esta etapa del sueño de las demás (Figura 2.20). Los husillos para dormir pueden estar asociados con el aprendizaje y la transferencia de información de la memoria de corto a largo plazo. Los complejos K se generan en respuesta a un estímulo, como el tacto o el sonido, y pueden ayudarnos a permanecer dormidos durante esas posibles interrupciones.

  

• • Los ojos no tienen ningún movimiento notable durante NREM 2.
• • Todavía puede haber algunos movimientos corporales durante la NREM 2, como cambiar la posición.

NREM 3 y NREM 4 juntos a menudo se conocen como “sueño profundo” porque despertar de estas etapas es difícil y resulta en una feroz sensación de aturdimiento.

• • Los EEG para NREM 3 y NREM 4 contienen ondas lentas de gran amplitud, ondas delta, dando a ambas etapas del sueño el nombre de “sueño de onda lenta”. NREM 4 consiste casi en su totalidad en estas ondas lentas, mientras que NREM 3 tiene periodos intermitentes de las ondas lentas. Debido a que este porcentaje de sueño de onda lenta es la diferencia más notable entre NREM 3 y NREM 4, muchos científicos han abandonado el uso de NREM 4, afirmando que NREM tiene solo tres etapas, 1, 2 y 3. Por simplicidad y claridad en este texto, utilizaremos el sueño de onda lenta (SWS) para referirnos a NREM 3 y NREM 4 colectivamente, colapsando NREM 4 en NREM 3 al discutir las etapas NREM.
• • Los ojos no tienen ningún movimiento notable durante SWS.
• • Algún movimiento corporal puede ocurrir durante el SWS, pero es mínimo.

Algunos investigadores debatieron el uso de la palabra profundo al referirse al sueño de onda lenta, por lo que ocasionalmente un artículo puede parecer contradictorio con la convención. Que considerarías sueño profundo: SWS, durante el cual el cuerpo puede estar moviéndose ligeramente y todavía está regulando muchas de sus funciones fisiológicas, como la temperatura y la presión arterial, o el sueño REM, cuando el cuerpo está paralizado y no regula altamente algunas funciones fisiológicas, como la temperatura y la sangre ¿presión? En última instancia, la mayoría ha aterrizado en considerar el sueño profundo de SWS debido a la actividad cerebral sincrónica de onda lenta y la dificultad de despertar a una persona de esta etapa, en comparación con la actividad cerebral asincrónica del sueño REM y la relativa facilidad de despertar del sueño REM.