Fusionando conceptos de los campos de la física y la biología, un equipo de investigadores de Artes y Ciencias de la Universidad de Washington en St. Louishan construido una teoría que podría explicar tanto el significado del sueño como la complejidad del cerebro. Tras rastrear la actividad cerebral de ratas dormidas el estudio, publicado en Nature Neuroscience, demuestra que el cerebro necesita restablecer periódicamente su sistema operativo para alcanzar la “criticidad”, un estado que optimiza el pensamiento y el procesamiento.
“El cerebro es como un ordenador biológico”, describe Keith Hengen, profesor asistente de biología en la Universidad de Washington y autor del estudio. “La memoria y la experiencia durante la vigilia cambian el código poco a poco, alejando lentamente al sistema más grande de un estado ideal. El propósito central del sueño es restaurar un estado computacional óptimo”, sostiene en nota de prensa.
El sueño restablece el sistema de criticidad
Los físicos teóricos fueron los primeros, en la década de los 80, en proponer que el cerebro puede ser crítico. Esta hipótesis sostiene que este órgano funciona como un sistema que se encuentra en la delgada línea entre el orden y el caos. Exactamente en ese punto se maximiza el procesamiento de la información.
En 2019 Hengen y su equipo lograron establecer que el cerebro trabaja activamente para mantener la criticidad. Como explica el comunicado, eso les llevó a teorizar que aprender, pensar y estar despierto alejan al cerebro de la criticidad y que el sueño permite restablecer el sistema. “Nos dimos cuenta de que esta sería una explicación realmente interesante e intuitiva para el propósito central del sueño”, matiza Hengen. “El sueño es una solución a nivel de sistemas para un problema a nivel de sistemas”.
Cada momento de vigilia aleja al cerebro de la criticidad
Esto lo comprobaron analizando cascadas de actividad neuronal de cerebros de ratas jóvenes realizando actividades durante el sueño y vigilia.
Estas cascadas reflejan cómo fluye la información a través del cerebro. “En momentos críticos, pueden ocurrir avalanchas de todos los tamaños y duraciones. Lejos de la criticidad, el sistema se inclina hacia avalanchas pequeñas o grandes“, explica Hengen.
Según el investigador las neuronas son esencialmente interruptores de encendido/apagado que deciden si se activan o no basándose en entradas directas. Si miles de millones de neuronas pueden alcanzar el punto crítico, pueden trabajar juntas para formar algo complejo. “La criticidad maximiza una serie de características que parecen muy deseables para un cerebro”, apunta.
El análisis mostró que avalanchas de todos los tamaños se daban en las ratas que acababan de despertar de un sueño reparador. A medida que avanzaba el tiempo de vigilia, las cascadas se hacían cada vez más pequeñas. Cuando el tamaño de las cascadas se redujo hasta cierto punto, los animales estaban cerca de quedarse dormidos.
“Los resultados sugieren que cada momento de vigilia aleja los circuitos cerebrales relevantes de la criticidad, y el sueño ayuda al cerebro a restablecerse”, resume Hengen.