el sueño y el cerebro

EL SUEÑO

Cada noche nos vamos a nuestra habitación, nos metemos en la cama, y caemos en el estado  inconsciente del sueño. La mayoría de nosotros dormimos alrededor de 8 horas, lo que significa que pasamos aproximadamente un tercio de nuestras vidas inconscientes- y parte de ella soñando. Si intentáis suprimir el sueño con el fin de utilizar este precioso tiempo en otro tipo de actividades tales fiestas nocturnas o estudiar para los exámenes, vuestro cuerpo y vuestro cerebro os dirán muy pronto que no debéis hacerlo. Lo podemos suprimir durante un cierto tiempo pero no por mucho. El ciclo de sueño/vigilia es una de las múltiples actividades rítmicas del cuerpo y el cerebro. ¿Porque existe, cuales son las zonas implicadas y cómo funcionan?

UN RITMO PARA VIVIR

El ciclo sueño/vigilia es un ritmo endógeno que gradualmente se encadena con el ciclo de día/noche  en los primeros años de vida. Es lo que se llama ritmo circadiano- se llama así ya que se origina del latín “circa” alrededor, y “diez” día. Es importante a lo largo de la vida: los bebes duermen durante cortos periodos tanto durante el día como durante la noche, los niños normalmente se echan la siesta después de comer mientras que los adultos generalmente duermen solo por la noche.  

El patrón normal de sueño y vigilia encadenado al ciclo de día/noche  está parcialmente controlado por un pequeño grupo de células situadas en el hipotálamo justo encima del quiasma óptico llamado núcleo supraquiasmatico.

 Estas neuronas, que presentan extrañamente muchas sinapsis entre sus dendritas para poder sincronizar sus descargas de manera conjunta forman parte del reloj biológico del cerebro. En los humanos funciona con un ritmo un poco mayor que la duración de un día, aunque normalmente se mantiene en hora gracias a los impulso procedentes de los ojos que informan de cuando es de día o de noche. Hemos llegado a saber todo esto gracias a la gente que ha participado en experimentos de sueño viviendo en profundas cuevas durante largos periodos de tiempo, alejados de cualquier pista sobre el tiempo y la hora exacta del día, adoptando patrones de actividad libres estableciéndose un ciclo de sueño/vigilia de aproximadamente 25 horas.

LAS ETAPAS DEL SUEÑO

El sueño no es un estado tan pasivo como parece. Si conectamos a una persona con electrodos sobre la superficie del cráneo, en un laboratorio de sueno (que tiene camas y no bancos), el electroencefalograma del cerebro (EEG) pasa por varias etapas. Cuando estamos en vigilia nuestros cerebros muestran una actividad eléctrica de baja amplitud. Cuando nos dormimos, el EEG se va haciendo más plano al principio pero luego, gradualmente, muestra un aumento de amplitud y disminuye en frecuencia según avanzamos a lo largo de las distintas etapas del sueño. Estas etapas se llaman sueño lento o sueño de onda lenta (SL/SWS). Las razones de estos cambios de actividad eléctrica no son totalmente conocidas. Sin embargo se cree que cuando las neuronas dejan de responder a sus impulsos normales, se van sincronizando de manera gradual entre ellas. Perdemos tono muscular, ya que las neuronas que controlan el músculo esquelético se inhiben de manera activa, aunque afortunadamente las que controlan la respiración y el latido del corazón siguen funcionando de manera normal.

A lo largo de la noche vamos pasando de una fase a otra del sueño. En una de ellas el EEG se vuelve a parecer al que presentamos cuando estamos despiertos y nuestros ojos empiezan a moverse activamente debajo de nuestros parpados que están cerrados. Esto es lo que se conoce como movimiento rápido del ojo o sueño rápido (REM) que es cuando más propenso somos a soñar. Si la gente se despierta durante el sueño REM, todos ellos son capaces de describir que han soñado, incluso los que dicen que nunca sueñan (¡intenta hacer el experimento en algún miembro de tu familia!). De hecho, la mayoría de nosotros tenemos entre 4-6 episodios de sueño REM cada noche. Los bebes tienen un poco más de sueño REM e incluso los animales presentan sueño REM lento. El núcleo supraquiasmatico es el reloj personal del cerebro.

Una noche normal de sueño consiste en un patrón formado por distintas fases de sueño, con pequeñas explosiones de sueño REM (áreas en rojo) que aparecen más o menos 4 veces por noche.

PRIVACIÓN DE SUEÑO

Hace algunos años, un adolescente americano llamado Randy Gardner, decidió hacerse un hueco en el libro Güines de los record intentando pasar el mayor tiempo posible sin dormir.

 ¡Su intención era aguantar 264 horas sin dormir y lo consiguió! Fue un experimento cuidadosamente controlado y supervisado por los médicos de las fuerzas navales americanas-no uno que os recomendemos repetir.

 Sorprendentemente sobrevivió bastante bien. Las mayores dificultades que tuvo (aparte de sentirse muy somnoliento) fueron problemas de habla, incapacidad para concentrarse, vacíos de memoria y sueños diurno alucinógenos. Pero su cuerpo se mantuvo en excelentes condiciones físicas y nunca se volvió psicótico o perdió contacto con la realidad. Una vez que el experimento termino, [presento un efecto rebote, durmió durante casi quince horas la primera noche y luego periodos cortos extra las noches siguientes. Este y otros muchos experimentos han convencido a los investigadores del sueño que es fundamentalmente el cerebro el que se beneficia del sueño y no tanto el cuerpo. Conclusiones parecidas se han obtenido de otros experimentos incluyendo experimentos animales controlados.

¿PORQUE DORMIMOS?

Muchos temas en Neurociencias siguen siendo un enigma y el sueño es uno de ellos. Alguna gente argumenta que el sueño es una forma adecuada para los animales de permanecer inmóviles y así reducir los peligros. Pero tiene que haber algo más que eso. Los experimentos de privación de sueño nos llevan a pensar que el sueño REM y algunas fases del SWS permiten al cerebro recuperarse. Tenemos este tipo de sueño durante las primeras 4horas de la noche. Tal vez esto sirva para el reajuste del cerebro y probablemente un buen momento para ello, por analogía a lo que ocurre con un barco en dique seco, cuando el cerebro no está procesando la información sensorial, o el hecho de estar vigilante y atento, o tener que controlar nuestras acciones. La investigación también sugiere que el sueño es el tiempo en el cual consolidamos lo que hemos aprendido durante el día- un proceso esencial en la memoria.

¿COMO FUNCIONAN LOS RITMOS?

Se ha aprendido mucho sobre los mecanismos neurales de las actividades rítmicas tal y como el sueño gracias al registro de la actividad de neuronas en distintas  áreas cerebrales durante las transiciones que aparecen durante las fases del sueño. Esto ha revelado un sistema activador en el tronco cerebral que implicando varios transmisores neuromoduladores, incluyendo uno llamado adenosina, produciendo un tipo de reacción en cadena que nos lleva a través de las distintas etapas del sueño. Los mecanismos sincronizadores le permiten a las redes neuronales el pasar de una fase a otra.

Un gran paso adelante se ha dado gracias a la aparición de la neurogenetica. Se han identificado varios genes que, como los engranajes de un reloj, son los componentes moleculares de los marcapasos rítmicos. Mucho de este trabajo se ha realizado en Drosophila (mosca de la fruta) en donde se ha descubierto que dos genes -per y tim- producen proteínas que interaccionan conjuntamente y regulan su propia síntesis.

 La síntesis de ARNm y proteína empieza temprano en el día, acumulándose la proteína que se va uniendo y acoplando parando de esta forma su propia síntesis. La luz del día ayuda a degradar esta proteína haciendo que sus niveles disminuyan hasta el punto en donde los genes PER y TIM empiezan a activarse de nuevo. Este ciclo sigue produciéndose una y otra vez, y puede incluso mantenerse de manera permanente siempre que las neuronas en cultivo sigan con vida. El reloj de los mamíferos como el nuestro funciona de la misma forma que el de las moscas. Como los ritmos circadianos son muy primitivos en términos evolutivos, no es sorprendente que las mismas moléculas regulen el reloj en organismos tan diferentes y distantes.

EL CEREBRO HUMANO

El cerebro humano es el centro del sistema nervioso humano siendo un órgano muy complejo. Encerrado en el cráneo, tiene la misma estructura general que los cerebros de otros mamíferos, pero es más de tres veces mayor que el cerebro de otros mamíferos con un tamaño corporal equivalente.

 La mayor parte la constituye la corteza cerebral, una capa de tejido neuronal plegado que cubre la superficie del pros encéfalo. Especialmente amplios son los lóbulos frontales, que están asociados con funciones ejecutivas, tales como el autocontrol, la planificación, el razonamiento y el pensamiento abstracto. La parte del cerebro asociada a la visión está también muy agrandada en los seres humanos.

Se ha estimado que el cerebro humano contiene de 50 a 100 mil millones  de neuronas, de las cuales cerca de 10 mil millones son células piramidales corticales. Estas células transmiten las señales a través de hasta 1000 billones de conexiones sinápticas.

El cerebro controla y regula las acciones y reacciones del cuerpo. Recibe continuamente información sensorial, rápidamente analiza estos datos y luego responde, controlando las acciones y funciones corporales. El tronco encefálico controla la respiración, el ritmo cardíaco, y otros procesos autónomos. El neo córtex es el centro del pensamiento de orden superior, del aprendizaje y de la memoria. El cerebelo es responsable del equilibrio corporal, coordinando la postura y el movimiento.

A pesar del hecho de que esté protegido por los espesos huesos del cráneo, suspendido en líquido cefalorraquídeo, y aislado de la sangre por la barrera hematoencefálica, la delicada naturaleza del cerebro humano lo hace susceptible a muchos tipos de daños y enfermedades. Las formas más comunes de daño físico son los daños internos por un golpe en la cabeza, un accidente cerebrovascular, o una intoxicación por ingerir diversas sustancias químicas que pueden actuar como neurotóxicas. La infección del cerebro es rara debido a las barreras que lo protegen, pero es muy grave cuando se produce. El cerebro humano también es susceptible de padecer enfermedades degenerativas, como la enfermedad de Parkinson, la esclerosis múltiple y la enfermedad de Alzheimer. Una serie de trastornos psiquiátricos, como la esquizofrenia y la depresión, se estima que son causadas al menos parcialmente por disfunciones cerebrales, aunque la naturaleza de tales anomalías cerebrales no es bien entendida.

FUNCIONES

El cerebro procesa la información sensorial, controla y coordina el movimiento, el comportamiento y puede llegar a dar prioridad a las funciones corporales homeostáticas, como los latidos del corazón, la presión sanguínea, el balance de fluidos y la temperatura corporal. No obstante, el encargado de llevar el proceso automático es el bulbo raquídeo. El cerebro es responsable de la cognición, las emociones, la memoria y el aprendizaje.

La capacidad de procesamiento y almacenamiento de un cerebro humano estándar supera aun a las mejores computadoras hoy en día. Algunos científicos tienen la creencia que un cerebro que realice una mayor cantidad de sinapsis puede desarrollar mayor inteligencia que uno con menor desarrollo neuronal.

Hasta no hace muchos años, se pensaba que el cerebro tenía zonas exclusivas de funcionamiento hasta que por medio de imagenología se pudo determinar que cuando se realiza una función, el cerebro actúa de manera semejante a una orquesta sinfónica interactuando varias áreas entre sí. Además se pudo establecer que cuando un área cerebral no especializada, es dañada, otra área puede realizar un reemplazo parcial de sus funciones.

ESTRUCTURA

El cerebro humano de un adulto pesa en promedio alrededor de 1,5 kg, con un tamaño (volumen) de alrededor de 1130 centímetros cúbicos  en mujeres y 1260 cm³ en hombres, aunque puede haber individuos con variaciones importantes. Los hombres con igual altura y superficie corporal que las mujeres tienen en promedio cerebros 100 gramos más pesados, aunque estas diferencias no se relacionan de ninguna forma con el número de neuronas de materia gris o con las medidas generales del sistema cognitivo. Los neandertales tenían un cerebro más grande en la edad adulta que los humanos actuales. El cerebro es muy blando, presentando una consistencia similar a la gelatina blanda o a un tofu consistente. A pesar de ser conocida como «materia gris», la corteza es de un color beige rosado y de color ligeramente blanquecino en el interior. A la edad de 20 años, un hombre tiene alrededor de 176 000 kilómetros de axones malignizados en su cerebro y una mujer cerca de 149 000 kilómetros.

Características generales

Los hemisferios cerebrales forman la mayor parte del cerebro humano y se encuentran por encima de otras estructuras cerebrales. Están cubiertos de una capa cortical con una topografía sinuosa. Por debajo del telencéfalo se encuentra el tronco encefálico, semejante a un tallo en el que está unido el telencéfalo. En la parte trasera del cerebro, debajo del telencéfalo y detrás del tronco encefálico, está el cerebelo, una estructura con una superficie surcada horizontalmente que le hace parecer diferente de cualquier otra área del cerebro. Las mismas estructuras están presentes en otros mamíferos, aunque el cerebelo no es tan grande en relación al resto del cerebro. Por regla general, cuanto menor sea el telencéfalo, menos rugosa es la corteza. La corteza de una rata o un ratón es casi completamente lisa. La corteza de un delfín o una ballena, en cambio, es más sinuosa que la corteza de un ser humano.

El rasgo dominante del cerebro humano es corticalización. La corteza cerebral en los seres humanos es tan grande que eclipsa cualquier otra parte del cerebro. Unas pocas estructuras subcorticales muestran alteraciones que reflejan esta tendencia. El cerebelo, por ejemplo, tiene una zona media conectada principalmente a las áreas motoras subcorticales, y una zona lateral conectada principalmente a la corteza. En los humanos la zona lateral ocupa una fracción mucho más grande del cerebelo que en la mayoría de las otras especies de mamíferos. La corticalización se refleja en la función así como la estructura. En una rata, la extirpación quirúrgica de toda la corteza cerebral deja un animal que todavía es capaz de caminar e interactuar con el medio ambiente. En un ser humano, daños comparables en la corteza cerebral producen un estado de coma permanente. La cantidad de corteza de asociación, en relación con las otras dos categorías, aumenta dramáticamente a medida que se pasa de mamíferos simples, tales como la rata y el gato, hasta los más complejos, como el chimpancé y el humano.

La corteza cerebral es esencialmente una capa de tejido neuronal, plegado de tal manera que permite a una gran superficie caber dentro de los confines del cráneo. Cada hemisferio cerebral, de hecho, tiene una superficie total de alrededor de 1200 centímetros cuadrados. Los anatomistas llaman a cada pliegue cortical un surco, y a la zona lisa entre los pliegues una circunvolución. La mayoría de los cerebros humanos muestran un patrón similar de plegado, pero hay bastantes variaciones en la forma y el lugar de los pliegues que hacen a cada cerebro único. Sin embargo, el patrón es lo suficientemente consistente para que cada pliegue principal reciba un nombre, por ejemplo, la "circunvolución frontal superior", el "surco pos central", o el "surco transóptico". Las características del plegado profundo en el cerebro como la interhemisférica, la cisura lateral, y la corteza insular están presentes en casi todos los sujetos normales.

DESCUBRIMIENTOS RECIENTES SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DE NUESTRO CEREBRO Y DEL IMPACTO SOBRE EL APRENDIZAJE EN GENERAL.

* El cerebro que crece: el cerebro humano puede hacer crecer nuevas células.
* El cerebro social: las interacciones y el estado social impactan los niveles de hormonas y ellas sobre el aprendizaje de todo tipo de conocimiento y nuestro estado de ánimo.
* El cerebro hormonal: las hormonas pueden y de hecho impactan el conocimiento.
* El cerebro que se mueve: el movimiento influye en el aprendizaje.
* El cerebro plástico: dado un mejor enriquecimiento del cerebro, éste cambia.
* El cerebro espacial: cómo trabajan el espacio, el aprendizaje relacional y la recordación espacial.
* El cerebro atencional: cómo el córtex pre frontal dirige realmente la atención y de allí la rehabilitación de los problemas y déficits atencionales.
* El cerebro emocional: cómo las amenazas y las hormonas afectan la memoria, las células y genes.
* El cerebro adaptativo: cómo la aflicción, el cortisol y los estados alostáticos impactan en el aprendizaje.
* El cerebro paciente: el rol del tiempo en el proceso de aprendizaje.
* El cerebro computacional: el rol de la retroalimentación en la formación de las redes neurales.
* El cerebro artificioso: cómo las artes y la música afectan al cerebro y la conducta.
* El cerebro conectado: cómo nuestro cerebro es cuerpo y el cuerpo es cerebro; cómo trozos de información cerebral circulan a través de nuestro cuerpo.
* El cerebro en desarrollo: cómo optimizar el valor de los tres primeros años sabiendo qué hacer y cuándo hacerlo.
* El cerebro hambriento: el rol de la nutrición en el aprendizaje y la memoria; cuáles son los mejores alimentos, ¿qué comer?
* El cerebro memorable: cómo nuestras memorias son codificadas y recuperadas.
* El cerebro químico: qué hacen determinados químicos y cómo activar los correctos