Te despiertas, estirándote dulcemente en una cama blanda, te levantas y ves a través de una enorme ventana el sol que se eleva sobre el océano, la arena blanca de la playa y las palmeras. Una brisa fresca del mar entra por la puerta abierta de la logia y se escucha el sonido de las olas. Bebes café aromático recién molido, sales de las puertas de una villa de dos plantas, te subes al coche con un caballo encabritado en el capó, giras la llave y escuchas el noble rugido del motor V8 … Por fin te despiertas con el sonido del despertador.
Una vez más, el cerebro insidioso nos hizo creer en la realidad de lo que estaba sucediendo. Pero, ¿cómo lo hace? ¿Cómo se logra hacer que una persona permanezca casi inmóvil durante siete o más horas, mientras se muestran los éxitos de taquilla más interesantes con una trama emocionante? La razón de esto son los procesos bioquímicos más complejos, en los que no están involucradas una o dos estructuras cerebrales, sino una red completa. ¿Cómo ocurre la interacción y el "cambio" de la vigilia al sueño? ¿Cómo se desarrolla el sueño y cuándo vienen los sueños? ¿Por qué a veces, al despertarnos del despertador, nos sentimos capaces de mover montañas y, a veces, irritados, dispuestos a destruir todo lo que nos rodea?
A través del velo del tiempo
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La somnología, la ciencia que estudia el sueño, apareció hace relativamente poco tiempo, porque la edad de la primera investigación fundamental en el "reino de Morfeo" no supera los 120 años. Antes de eso, al sueño se le dio un significado místico como un estado límite entre la vida y la muerte. Aristóteles dijo: "El sueño, aparentemente, pertenece por su naturaleza a estados tales como, por ejemplo, el límite entre la vida y no la vida, y la persona que duerme no existe completamente, y existe". El gran médico de la antigüedad, Hipócrates, creía que el sueño se produce como resultado de la salida de sangre y calor de la cabeza hacia las regiones internas del cuerpo. Esta explicación dominó las mentes de los científicos europeos y fue tomada por fe durante casi dos mil años. En una cosa, Hipócrates tenía razón: las razones de la inmersión de una persona en el mundo de los sueños tenían que buscarse en la cabeza.
La red de regulación del sueño funciona como un disparador sin posiciones intermedias. Este mecanismo es posible debido al entrelazamiento de los centros de dormirse y despertarse. Tan pronto como una de las partes obtiene una ventaja, todo el sistema pasa instantáneamente al estado opuesto. Para que no cambie de un lado a otro cada minuto, la orexina estimula todos los centros de vigilia, sin suprimir el centro del sueño. Este ligero desequilibrio hace que sea difícil cambiar lo suficiente como para que rara vez pasemos del sueño a la vigilia y viceversa. Para la transición al sueño, es necesario que el sistema de excitación se debilite y aumente la actividad del centro del sueño. Este lento proceso es familiar para todos como una fatiga que aumenta gradualmente.
Y ahora ha llegado el siglo XX. En Alemania, un paciente ingresa en la clínica del profesor Strumpel, que ha perdido parcialmente la vista y el oído como resultado de un traumatismo: sordo de un oído y ciego de un ojo. Los médicos notaron que cuando se cerraron las dos "ventanas al mundo" restantes, el paciente se quedó dormido. El famoso fisiólogo Pavlov se interesó por estas observaciones y decidió realizar experimentos similares en sus sujetos favoritos: los perros. Descubrió que si se excluye la afluencia constante de impulsos de los sentidos a la corteza cerebral, se produce el sueño. El científico también investigó los efectos de los estímulos monótonos, repitiendo repetidamente ligeros toques en la piel del muslo de la pata trasera. Casi siempre sacrificaron a los animales, y esto le dio al investigador el derecho a creer que el sueño es una inhibición condicional que se extiende ampliamente por la corteza cerebral.que está diseñado para proteger el cerebro del perro de repeticiones excesivas de cualquier irritación.
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El siguiente paso para superar los secretos del sueño fue la aparición del método de electroencefalografía (EEG). En 1905, el fisiólogo alemán Hans Berger registró por primera vez oscilaciones sinusoidales de potencial eléctrico con una frecuencia de 8-11 Hz en una persona en estado de calma con los ojos cerrados, más pronunciadas en las regiones occipitales del cerebro. Estas fluctuaciones se denominan ritmo alfa.
El inicio y la duración del sueño están regulados por procesos fisiológicos complejos, entre los cuales hay dos principales: la necesidad homeostática de sueño (el llamado proceso S, flechas hacia abajo) y el reloj interno (proceso C, flechas hacia arriba en la figura). La línea amarilla muestra la "suma" de estos dos procesos.
En la década de 1930, la situación se volvió un poco más clara: los científicos, después de cortar el tronco cerebral del gato a nivel del mesencéfalo, provocaron que el animal entrara en coma, un estado similar al sueño. Al mismo tiempo, se observaron oscilaciones eléctricas lentas en el electroencefalograma del gato, que más tarde se denominaron "husos somnolientos" (el dibujo se parecía a un huso al revés). Cuando se cortó el cerebro a nivel de los primeros segmentos cervicales, separando la médula espinal del cerebro, se pudo obtener la denominada preparación del cerebro despierto: el gato seguía con los ojos los objetos que se movían frente a él y el EEG mostraba oscilaciones con una frecuencia de 14-30 Hz (ritmo beta). Quedó claro que en el cerebro de los animales hay diferentes estructuras: responsables de conciliar el sueño y responsables del despertar.
Centro de alegría
A finales del siglo XIX, Vladimir Bekhterev y Santiago Ramon y Cajal describieron las estructuras del tronco encefálico del gato responsable del estado de vigilia, quien vio un cúmulo abierto de neuronas penetradas por fibras nerviosas en el medio del tallo cerebral. Pero por qué se necesita esta formación, el neurocientífico italiano Giuseppe Moruzzi y el neurólogo estadounidense Horace Magun lo establecieron recién en la segunda mitad del siglo XX. Llamaron a esta estructura la formación reticular ("reticula" en latín significa "red"). Es en el tronco cerebral donde se ubican los núcleos, que concentran en sí mismos todos los impulsos de los receptores sensoriales que van al cerebro. Los procesos largos (axones) de neuronas de la formación reticular están conectados a la corteza cerebral y a las neuronas de la médula espinal. Las fibras nerviosas de la corteza y de la médula espinal también van a la formación reticular misma,por lo que se forma un complejo sistema de retroalimentación. Las señales de la formación reticular (descarga reticular) desencadenan los mecanismos de vigilia en la corteza cerebral, y la corteza, a su vez, controla el estado de la formación reticular.
Ataúd con sueño
En 1990 se estrenó la película Awakening, basada en el libro del mismo nombre del famoso psiquiatra Oliver Sachs. Habla de un extraño grupo de 80 pacientes ancianos que desde hace más de 40 años padecen una enfermedad desconocida parecida al autismo o al Parkinson. Los pacientes de Sachs fueron las últimas víctimas sobrevivientes de una misteriosa epidemia que comenzó repentinamente en Europa en el invierno de 1916-1917, luego se extendió por todo el mundo y mató a 5 millones de personas en el período posterior a la Primera Guerra Mundial. Los pacientes cayeron en una apatía repentina y sufrieron fiebre alta, discapacidad visual y alucinaciones. Luego, la enfermedad se convirtió en una forma crónica y se acompañó de una gran cantidad de diversas manifestaciones clínicas. Pero todas las formas tenían una cosa en común: el trastorno del sueño. Este hecho le pareció interesante al neurólogo vienés Baron Konstantin von Economo. Descubrió que algunos pacientes dormían demasiado, durante semanas, meses, y se despertaban solo para beber y comer, mientras que otros perdían el sueño por completo. En las autopsias, el científico encontró una imagen anatómica similar: en una determinada área del diencéfalo en los pacientes, hubo una muerte masiva de las células nerviosas.
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Esta área del cerebro se llama hipotálamo porque está ubicada debajo del tálamo, el área del cerebro que redistribuye las señales de los sentidos. Si pudiéramos insertar el dedo índice directamente en la cabeza al nivel del puente de la nariz, entonces habríamos descansado exactamente en el agujero donde está ubicado - la "silla turca". El hipotálamo es uno de los centros más importantes que controlan el sistema nervioso autónomo, regulando, en particular, la temperatura corporal, la presión arterial, el apetito, el deseo sexual y la sed. Economo, por supuesto, no sabía todo esto. Sin embargo, sospechaba que debe haber un centro que controle el sueño. “Al parecer, - concluyó el investigador, - estas células hacen algo, gracias a lo cual nos dormimos”.
Ahora, gracias a la investigación de Clifford Seiper de la Universidad de Harvard en Boston, se supo que en el hipotálamo realmente hay un área especial que se activa al quedarse dormido: la región preóptica ventrolateral (VLPO). Los axones de las neuronas del VLPO descienden a las áreas que apoyan la vigilia. Por el contrario, para evitar que nos quedemos dormidos, el centro de vigor debe tener una conexión con el hipotálamo, de modo que las fibras nerviosas vayan de abajo hacia arriba.
Seiper y sus colegas concluyeron que las células de la parte anterior del hipotálamo son el centro del sueño que usa sus axones para suprimir los centros de vigilia en el tronco del encéfalo, que incluye el mesencéfalo y la protuberancia. Este proceso finalmente lleva a quedarse dormido. “Quizás esta sea la clave de todo el mecanismo que, a través del hipotálamo, controla el estado de sueño y vigilia”, escribió el neurólogo. Entonces, en 2005, apareció el concepto moderno de sueño, que Siper publicó en su artículo en la revista Nature. De acuerdo con este concepto, todo el "sistema de sueño" es una red de varios nodos interconectados que cambian de manera especial en determinados momentos y regulan el sueño y la vigilia.
Confrontación cerebral
La primera parte del sistema general de sueño-vigilia es el sistema inhibitorio. Se trata de VLPO en el hipotálamo anterior, desde el cual se envía una onda de inhibición al sistema de vigilia, y esto conduce a la transferencia del cerebro a un "modo de sueño". Desde el punto de vista de la bioquímica, el principal "líquido de frenos" del sistema es el ácido gamma-aminobutírico (GABA). Al actuar sobre receptores especiales, suprime la actividad de las neuronas. Los receptores GABA son un canal en la membrana celular rodeado por grandes moléculas de proteínas que pueden cambiar su estructura espacial (en términos relativos, "desplegarse" o "plegarse"). Cuando GABA se une a los receptores, la luz del canal aumenta, pasan más iones de cloro a través de él, lo que conduce a una disminución de la conductividad eléctrica de la membrana celular, haciéndola menos sensible a las influencias eléctricas. Y esto conduce a la supresión de la actividad impulsiva: la célula "reduce la velocidad" de un "galope" rápido a un "paso" tranquilo.
La segunda parte del sistema es el sistema de excitación, que se basa en ocho nodos nerviosos que forman dos haces paralelos. A través de ellos, las ondas de excitación se conducen a la corteza cerebral. Un haz comienza en la formación reticular (este es el tronco encefálico), el otro en la denominada mancha azul (Locus coeruleus). Las células aquí producen la mayor parte del neurotransmisor excitador norepinefrina en el cerebro. La zona es responsable de la aparición del miedo y el pánico, así como de gran parte de nuestra excitación.
Existen otros neurotransmisores (dopamina, serotonina y otros), pero están asociados con diferentes procesos en el cerebro. Sin embargo, existe otro neurotransmisor del sueño específico. El hipotálamo lateral (lateral) contiene varias decenas de miles de células nerviosas que producen un neurotransmisor especial, orexina (hipocretina). Los bioquímicos aislaron esta sustancia solo en 1998. Si hay muy poca orexina, o si el cerebro carece de las moléculas receptoras correspondientes, se produce una enfermedad rara, la narcolepsia, que se caracteriza por episodios repentinos de somnolencia y sueño.
Día, noche - día fuera
Sin embargo, esto es solo una parte del mecanismo del sueño. Como toda naturaleza viva, la gente vive de acuerdo con sus propios ritmos internos, que están ligados a los ciclos del día y la noche. Hay un momento en que una persona tiende a dormir y hay un momento para el trabajo activo. El cuerpo tiene un "reloj biológico": el sistema melatonérgico. Los principales actores en él son los núcleos supraquiasmáticos del hipotálamo y la glándula pineal (glándula pineal), que se encuentran en la región intermedia del cerebro.
Cuando la luz incide en la retina, la información sobre esta va a los núcleos supraquiasmales del hipotálamo (madrugada), y luego, habiendo recorrido un largo camino, entra en la glándula pineal, o el llamado tercer ojo, que atiende a muchos animales, por ejemplo, reptiles y aves. detector de nivel de luz. En los humanos, en el proceso de evolución, los grandes hemisferios del cerebro han aumentado significativamente, cerrando la glándula pineal y ha perdido el contacto con la luz. La naturaleza tuvo que "inventar" toda esta compleja y existente forma de regular la síntesis de la hormona "somnolienta".
La glándula pineal produce melatonina, la hormona de la noche y la oscuridad. Cuando los niveles de luz bajan por la noche, se libera melatonina, lo que indica a las células que “acaben el día”. Su función principal es el efecto inhibidor sobre los núcleos supraquiasmáticos, a través de los cuales se activan los sistemas de vigilia.
Este proceso se puede comparar con el funcionamiento de un termostato que mantiene cierta temperatura en el frigorífico. Cuanto más tiempo llevamos una vida activa, con más fuerza siente el centro del sueño la necesidad de activar el interruptor para dormir. Cuanto más dormimos, menor es la necesidad de dormir, de modo que en algún momento el sistema de vigilia se hace cargo y nos despertamos y sentimos que hemos dormido. Este modelo de regulación se denomina de dos factores y fue desarrollado en 1982 por el jefe del Departamento de Psicofarmacología y Somnología de la Universidad de Zurich, Alexander Borbeli. Según ella, nuestra necesidad de dormir en un momento determinado es el resultado de la interacción de factores cronobiológicos y homeostáticos (mantener el equilibrio interno). El científico llamó a estos componentes proceso S y proceso C. El proceso S es el componente homeostático de la necesidad de dormir y el proceso C es la influencia del reloj interno, cuya tarea principal es dejar la noche para un sueño prolongado.
"El proceso S, por el contrario, es como un reloj de arena", dice Borbeli. - Durante la vigilia, la arena se vierte desde arriba en el recipiente inferior; al quedarse dormido, se da la vuelta al reloj. Por eso, para una sensación de buen descanso, es importante no solo cuánto tiempo dormimos seguidos, sino también cuánto tiempo dedicamos durante el día a formar el componente S. Y esto tiene una buena aplicación práctica, conocida por muchos: si sabes que en el próximo no podrá dormir lo suficiente por la noche, puede intentar dormir temprano a la mitad del día anterior. Y entonces te sentirás mucho mejor.
Y esto es solo una mirada superficial al sistema responsable del sueño. Como dice Jürgen Zulli, un somnólogo de Regensburg, "Dormir no es descanso, es una vigilia diferente".
Anna Horuzhaya
