En un nuevo laboratorio japonés, un equipo internacional de científicos está tratando de descubrir qué nos hace dormir
Tsukuba , Japón. Fuera del Instituto Internacional de Medicina Combinada, el aire está lleno del olor fuerte y dulce del
osmanto , y grandes arañas doradas tejen sus telarañas en los arbustos. Dos cascos hablaron en voz baja, midieron el área de las paredes de color gris azulado cerca de la entrada y les aplicaron pegamento. El edificio es tan nuevo que incluso las señales no tuvieron tiempo de colgarse.
El instituto tiene solo cinco años, el edificio en sí es aún más pequeño, pero más de 120 investigadores de campos tan diversos como la neumología y la química, y de diferentes países, desde Suiza hasta China, ya se han reunido en él. A una hora al norte de Tokio, en el territorio de la Universidad de Tsukuba, financiado por el gobierno japonés y otras fuentes, el director del instituto, Masashi Yanagisawa, creó un espacio para estudiar los conceptos básicos de la biología del sueño, que difiere de temas más comunes, como las causas de los problemas del sueño y métodos para su tratamiento. Está lleno de habitaciones con equipos relucientes, cámaras silenciosas en las que duermen ratones y espaciosos lugares de trabajo unidos por una escalera de caracol. Aquí, enormes recursos se concentran en el estudio de por qué, de hecho, los organismos vivos necesitan dormir.
Haga esta pregunta a los investigadores y escuche cómo los sentimientos de asombro y decepción se deslizan en su voz. Es sorprendente lo universal que es el sueño: en medio de batallas febriles por la supervivencia, en todas las épocas de derramamiento de sangre, muerte, escapes, incontables millones de criaturas vivientes se acostaron para permanecer inconscientes durante algún tiempo. No parece una forma adecuada de pasar una vida de lucha completa. "Es una locura, pero así es como es", dice Tarja Porkka-Heiskanen de la Universidad de Helsinki, una destacada somnóloga. El hecho de que un hábito tan arriesgado sea tan extendido y constante sugiere que los procesos que ocurren durante el sueño deberían ser extremadamente importantes. Lo que el sueño le da al durmiente vale, una y otra vez, para tentar a la muerte durante toda la vida.
Los beneficios exactos del sueño siguen siendo un misterio, y muchos biólogos están fascinados por esto desconocido. Una noche lluviosa en Tsukuba, un grupo de científicos del instituto que se reunieron en el bar izakaya lograron no mencionar el sueño solo durante la primera media hora de comunicación. Incluso las medusas más simples tienen que descansar más tiempo si se ven obligadas a permanecer despiertas más de lo habitual: uno de los científicos informó esto con sorpresa, citando un nuevo trabajo que describe un experimento en el que estas pequeñas criaturas fueron empujadas periódicamente con chorros de agua. Y las palomas: ¿leíste el trabajo sobre palomas? - pregunta otro científico. Todos los investigadores están de acuerdo en que algo sorprendente sucede en un sueño. Sobre la mesa, verduras y tempura frescas, olvidadas frente a asombrosos rompecabezas.
En particular, es esta necesidad de compensar la falta de sueño, que se observó no solo en las medusas y las personas, sino también en todos los representantes del mundo animal, que los científicos están tratando de usar para resolver el problema de la necesidad de dormir en general. Muchos consideran que la necesidad de dormir es la clave para comprender lo que nos brinda.
Los biólogos llaman a esta necesidad "presión de sueño": si no te acuestas demasiado, la presión aumenta. ¿Tienes sueño por las tardes? Naturalmente, no dormiste todo el día y aumentaste la presión del sueño. Pero, como "materia oscura", este nombre describe algo, cuya naturaleza aún no entendemos. Cuanto más piensas en la presión del sueño, más suena como un juego de rompecabezas de Tolkien: ¿qué crece cuando estás despierto y se disipa en un sueño? ¿Eso es un temporizador? ¿Molécula que crece durante el día y requiere remoción? ¿Qué tipo de conteo metafórico de horas está oculto en alguna parte del cerebro, esperando hasta que se restablezca a cero por la noche?
En otras palabras, Yanagisawa pregunta, reflexionando sobre esto en su oficina personal e iluminada por el sol del instituto: "¿Cuál es la base física de la somnolencia?"
Los estudios biológicos de la presión carotídea comenzaron hace más de cien años. En algunos de los experimentos más famosos, el científico francés mantuvo a los perros despiertos durante diez días. Luego bombeó líquido de su cerebro y lo inyectó en el cerebro de perros bien descansados, que instantáneamente se quedaron dormidos. Este líquido contenía algo que se acumulaba durante la privación del sueño, lo que hacía que los perros se quedaran dormidos. Así comenzó la búsqueda de este ingrediente: el asistente de Morpheus, un dedo en el interruptor de la luz. Obviamente, el descubrimiento de esta hipnotoxina, como lo llamaba el investigador francés, debía revelar el secreto de por qué los animales tienden a dormir.
En la primera mitad del siglo XX, otros investigadores comenzaron a colocar electrodos en el cuero cabelludo de las personas, tratando de mirar el cerebro dormido a través del cráneo. Usando electroencefalogramas (EEG), descubrieron que en un sueño el cerebro no se apaga, sino que funciona de acuerdo con cierto patrón. Después de que los ojos se cierran y la respiración se vuelve más profunda, el parpadeo denso y febril de las ondas eléctricas del EEG cambia y se convierte en ondas inusualmente largas y pulsantes de sueño temprano. Después de 35-40 minutos, el metabolismo se ralentiza, la respiración se nivela y no es tan fácil despertar a la persona que duerme. Después de un tiempo, el cerebro cambia y las ondas se vuelven cortas y densas nuevamente: esta es la fase de REM [REM] en la que vemos sueños. Uno de los primeros investigadores de REM descubrió que al observar los movimientos oculares a lo largo de los siglos, puede predecir cuándo se despierta un bebé, un truco que golpeó a las madres. La gente repite este ciclo una y otra vez, despertando al final de la fase REM, con un recuerdo lleno de peces alados y melodías que no pueden recordar.
La presión del sueño cambia estas ondas cerebrales. Cuanto más no se le permita dormir al sujeto, más olas habrá durante la fase de sueño lento que precede al REM. Este fenómeno se observó en casi todos los seres vivos, que recibieron electrodos y se mantuvieron despiertos durante demasiado tiempo, en aves, lobos marinos, gatos, hámsters y delfines.
Si necesita más evidencia de que un sueño, con su extraña estructura de múltiples etapas y la tendencia a llenar su mente de todo tipo de tonterías, no es solo un tipo de estado pasivo que ahorra energía, entonces sepa que los
hámsters sirios observaron la siguiente característica: se despertaron de la hibernación, a dormir Lo que recibieron como resultado del sueño no está disponible para ellos durante la hibernación. A pesar de que ralentiza casi todos los procesos en sus cuerpos, la presión del sueño todavía se acumula. "Quiero saber por qué exactamente esta actividad cerebral es tan importante". Dice Casper Vogt, uno de los investigadores reunidos en el nuevo instituto en Tsukuba. Muestra en su pantalla dónde están visibles los datos sobre la activación de las neuronas en ratones dormidos. "¿Qué es tan importante arriesgarse a ser comido, no comerlo usted mismo, posponer la reproducción, renunciar a todo por esto?"
La búsqueda de hipnotoxina no se puede llamar infructuosa. Varias sustancias han demostrado una clara capacidad para inducir el sueño, incluida una molécula de
adenosina que se acumula en ciertas partes del cerebro de los ratones despiertos y desaparece durante el sueño. La adenosina es especialmente interesante porque, aparentemente, es la cafeína la que actúa sobre los receptores de adenosina. Cuando se une a ellos, la adenosina ya no tiene éxito, así es como funciona la propiedad vigorizante del café. Pero el trabajo con hipnotoxinas no explica completamente cómo el cuerpo rastrea la presión del sueño.
Por ejemplo, si la adenosina nos sacrifica en el momento de la transición de la vigilia al sueño, ¿de dónde viene? "Nadie lo sabe", observa Michael Lazarus, investigador de adenosina en el instituto. Algunos dicen que de las neuronas, otros dicen que es una clase diferente de células cerebrales. Pero no hay acuerdo. En cualquier caso, "el problema no es el almacenamiento", dice Yanagisawa. En otras palabras, estas sustancias en sí mismas no almacenan información sobre la presión del sueño. Representan solo una reacción a ello.
Las sustancias que causan sueño pueden aparecer en el proceso de crear nuevas conexiones entre las neuronas. Chiara Cirelli y Giulio Tononi, investigadores del sueño de la Universidad de Wisconsin, sugieren que dado que nuestro cerebro construye estas conexiones durante la vigilia, es posible que durante el sueño elimine conexiones innecesarias, elimine recuerdos o imágenes que no son consistentes con los demás, o inútiles en términos de cognición del mundo. "Dormir es una forma en que el cerebro se deshace de los recuerdos", dice Tononi. Otro grupo de científicos descubrió una proteína que penetra en las sinapsis mal utilizadas y las destruye, y él puede hacer esto, en particular, con un alto nivel de adenosina. Quizás este proceso de limpieza ocurre en un sueño.
Todavía hay muchas cantidades desconocidas en este proceso, y los investigadores están explorando muchas otras direcciones en un esfuerzo por llegar a los orígenes de la presión del sueño y el sueño. Un grupo de la Universidad de Tsukuba, bajo el liderazgo de Yu Hayashi, destruye cierto grupo de células en el cerebro de los ratones, y este procedimiento puede tener consecuencias inesperadas. Evitar que los ratones experimenten la fase REM, sacudiéndolos justo en el momento en que están a punto de ingresar, provoca una intensa presión REM, que los ratones deben compensar en el próximo ciclo de sueño. Si los ratones sufren de esto es otra pregunta, pero por ahora, el equipo está explorando cómo REM afecta sus habilidades en las pruebas cognitivas. Pero del experimento se deduce que estas células, o algunos conjuntos de células en las que ingresan, pueden almacenar registros de la presión del sueño cuando se trata de ver sueños.
Yanagisawa siempre se ha inclinado a proyectos de proporciones épicas, por ejemplo, a la investigación masiva de miles de proteínas y receptores celulares para comprender su propósito. Fue un proyecto de este tipo que lo llevó al estudio del sueño hace unos 20 años. Después de descubrir un
neurotransmisor , llamado
orexina , ellos y sus colegas se dieron cuenta de que cuando era deficiente, los ratones se desmayaron porque se estaban quedando dormidos. Resultó que este neurotransmisor no es suficiente para las personas que sufren de
narcolepsia , no pueden producirlo. Esta idea ayudó a desencadenar una verdadera ola de investigación que estudia esta condición. Un equipo de químicos de la Universidad de Tsukuba está trabajando con una compañía farmacéutica para estudiar el potencial de las sustancias que imitan la orexina para tratar esta enfermedad.
Actualmente, Yanagisawa y sus colegas están trabajando en un estudio de genes a gran escala, diseñado para identificar genes asociados con el sueño. A los ratones que participan en el proyecto se les inyecta una sustancia inductora de mutaciones. Luego están equipados con sensores para EEG, y cuando se acuestan sobre una cama de aserrín, las máquinas registran sus ondas cerebrales. Hasta la fecha, los científicos han analizado el sueño de más de 8,000 ratones.
Cuando el ratón duerme de alguna manera incorrecta, a menudo se despierta o duerme demasiado, los investigadores comienzan a profundizar en su genoma. Si encuentran la mutación que puede causar este efecto, intentan crear un ratón con dicha mutación y estudian el problema de la interrupción del sueño. Muchos científicos exitosos han estado realizando estudios similares en animales como moscas de la fruta durante años y logran resultados impresionantes. Pero la ventaja de usar ratones, aunque tales experimentos en comparación con los experimentos con moscas, es muy costoso, es que puede conectar electrodos EEG a ratones, al igual que una persona.
Hace varios años, este grupo de científicos descubrió un ratón que no podía eliminar la presión del sueño. Su EEG mostró que vive en un estado de somnolencia agotadora constante. Los ratones con una mutación así, especialmente creada, también mostraron los mismos síntomas: "Este mutante de ondas de sueño de gran amplitud era más grande de lo habitual, estaba constantemente en un estado de sueño", dice Yanagisawa. La mutación ocurrió en el gen SIK3. Cuanto más no dormían los mutantes, más proteínas marcaban las etiquetas químicas de SIK3. Los investigadores publicaron su descubrimiento de SIK3 en la revista Nature en 2016.
Todavía no está del todo claro cómo SIK3 se asocia con somnolencia, pero los investigadores estaban muy interesados en el hecho de que la etiqueta se acumula en la enzima como granos de arena en el fondo del reloj de arena. "Estamos convencidos de que SIK3 es uno de los jugadores centrales en esta área", dice Yanagisawa.
Los investigadores continúan caminando a través de la misteriosa oscuridad de la somnolencia, y tales descubrimientos iluminan su camino como los rayos de las linternas. Todavía no está claro cómo están conectados entre sí, cómo pueden unirse y hacer una imagen más general.
Los investigadores esperan que llegue una aclaración, tal vez no en un año o en dos, sino en algún momento, y antes de lo que uno podría imaginar. Mientras tanto, en el Instituto Internacional de Medicina Combinada, los ratones se ocupan de sus asuntos, se despiertan y se duermen, en bandejas de plástico, parados uno al lado del otro. Y en sus cerebros, como en el nuestro, hay un secreto.