Descubren en la superficie del cerebro un "botón del sueño": menos del 1% de las neuronas corticales adormecen al resto

La corteza cerebral es capaz por sí misma de inducir el sueño, y no solo de ejecutar órdenes de estructuras más profundas. Investigadores hallaron en ratones un grupo raro de neuronas inhibitorias Sst-Chodl cuya activación sincroniza el trabajo de zonas distantes de la neocorteza y hace que los animales se duerman más rápido.

Hasta ahora el papel principal en el inicio y mantenimiento del sueño se había atribuido habitualmente al hipotálamo, al tronco encefálico y a otras estructuras subcorticales. La neocorteza en ese esquema reaccionaba principalmente a cambios que se originaban en regiones más profundas del cerebro. Un trabajo nuevo muestra que al menos parte de las redes corticales puede cambiar activamente el estado de todo el cerebro.

En el centro del estudio están las células Sst-Chodl, que expresan somatostatina y chondrolectina. Estas neuronas son GABAérgicas, es decir, utilizan el neurotransmisor GABA y pueden inhibir la actividad de otras células nerviosas. Menos del 1% de las neuronas inhibitorias de la corteza corresponden a Sst-Chodl, pero su rareza se compensa con una estructura inusual: axones largos que conectan áreas distantes y permiten que una pequeña población actúe sobre varios sectores de la neocorteza.

Las observaciones mostraron que Sst-Chodl funcionan de forma distinta a muchas otras neuronas inhibitorias. Estas células son más activas durante la vigilia tranquila y el sueño lento, cuando predominan en la corteza ritmos sincrónicos de baja frecuencia. Durante el movimiento y el sueño REM su actividad disminuye drásticamente. La señal de Sst-Chodl también variaba estrechamente junto con la potencia del ritmo delta en el rango de 1–4 Hz.

Al mismo tiempo, la actividad natural de las células no predecía por sí sola la transición al sueño. Sst-Chodl se activaban junto con los cambios ya en marcha en la actividad cortical, por lo que las observaciones solas no eran suficientes para considerar a las neuronas la causa del inicio del sueño. Los investigadores pudieron comprobar la relación causal solo mediante estimulación artificial.

La activación optogenética de Sst-Chodl en la corteza visual aumentó las oscilaciones de baja frecuencia y la sincronización de los impulsos neuronales. El efecto se extendió más allá del lugar de estimulación gracias a las prolongadas proyecciones de Sst-Chodl. Incluso durante el movimiento, cuando estas células suelen estar casi inactivas, su activación desplazaba la actividad cortical hacia un estado característico de menor excitación.

Para comprobar la influencia directamente sobre el sueño, los investigadores activaron Sst-Chodl en toda la neocorteza mediante un enfoque quimogenético. Para la entrega del sistema se emplearon 22 sitios, 11 en cada hemisferio, tras lo cual se observó a ratones en libertad de movimiento. Los animales pasaron más tiempo tanto en sueño lento como en sueño REM, se durmieron más rápido y se mantuvieron menos tiempo despiertos.

Es llamativo que los episodios individuales de sueño lento no se hicieron notablemente más largos con esta estimulación. En lugar de eso, los ratones pasaban con más frecuencia al sueño y la latencia antes de dormirse se redujo. Los animales también se movieron menos y pasaron más tiempo en el nido.

El efecto persistió incluso durante la fase oscura del ciclo diario, cuando los ratones son naturalmente más activos. La activación artificial de Sst-Chodl aumentó la duración del sueño lento y redujo el tiempo hasta quedarse dormidos. En el grupo de control, en el que el fármaco no podía activar las neuronas objetivo, no se observaron cambios comparables en la estructura del sueño.

Experimentos anatómicos ayudan a explicar el efecto inusualmente fuerte de un grupo tan reducido de células. A diferencia de la mayoría de las neuronas inhibitorias corticales, que actúan principalmente cerca de su ubicación, los axones de Sst-Chodl recorren en ratones varios milímetros y abarcan una porción considerable de la neocorteza. Los investigadores hallaron conexiones inhibitorias directas incluso a unos dos milímetros del sitio de origen, con un impacto especialmente marcado en las capas profundas de la corteza.

Los autores proponen que esa arquitectura permite a Sst-Chodl coordinar redes neuronales distantes y llevar grandes áreas de la corteza a un modo sincrónico característico del sueño lento. Los resultados también pueden ayudar a explicar el fenómeno del sueño local, en el cual zonas individuales de la corteza muestran actividad similar al sueño antes de que todo el organismo entre en estado de sueño.

Con todo, conviene ser prudente con las conclusiones. Los experimentos demostraron la suficiencia de la activación artificial de estas células para potenciar el sueño, pero no probaron que sin Sst-Chodl el inicio natural del sueño sea imposible. Tampoco se sabe si las células desencadenan por sí solas la transición al sueño o actúan conjuntamente con centros ya conocidos en el hipotálamo y otras estructuras cerebrales.

El estudio también se realizó en ratones. Sst-Chodl pertenecen a un tipo de neuronas conservado evolutivamente y se encuentran en diversos vertebrados, incluido el humano; sin embargo, la función equivalente en células humanas no ha sido demostrada experimentalmente.