Casi todo el mundo conoce esta sensación. Después de una noche de mal sueño, es más difícil concentrarse. Los pensamientos divagan, los tiempos de reacción se ralentizan y la claridad mental disminuye, sobre todo cuando se necesita estar más alerta. Una nueva investigación del MIT arroja luz sobre lo que ocurre en el cerebro durante estos breves lapsos de concentración. El estudio demuestra que durante una pérdida temporal de concentración, el líquido cefalorraquídeo (LCR) drena del cerebro, un proceso que normalmente se produce durante el sueño y ayuda a eliminar los productos de desecho que se han acumulado durante el día. Esta actividad de limpieza se considera importante para la salud y el funcionamiento del cerebro.

El cuerpo intenta compensar el sueño perdido

La privación de sueño se refiere a una condición en la que el cuerpo y el cerebro no duermen lo suficiente durante un periodo de tiempo más o menos largo para recuperarse completamente y funcionar con normalidad. Puede producirse cuando la cantidad de sueño es regularmente inferior a las necesidades del individuo o cuando la calidad del sueño es reducida, por ejemplo debido a despertares frecuentes o a un sueño no reparador. Se distingue entre la privación aguda del sueño, que se produce tras noches aisladas con muy poco sueño, y la privación crónica del sueño, que se prolonga durante semanas o meses.

Cuando alguien sufre privación de sueño, el cuerpo parece intentar compensar el sueño perdido desencadenando estos movimientos de fluidos durante la fase de vigilia. Sin embargo, esta compensación tiene una desventaja importante: una atención muy reducida. «Cuando no se duerme, las ondas del LCR invaden la fase de vigilia, donde normalmente no se verían. Sin embargo, van acompañadas de una pérdida de atención, ya que la atención disminuye en los momentos en que se produce esta onda de fluido», afirma Laura Lewis, profesora asociada Athinoula A. Martinos de Ingeniería Eléctrica e Informática, miembro del Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas y del Laboratorio de Investigación en Electrónica del MIT, y miembro asociado del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria. Lewis es el autor principal del estudio, publicado en Nature Neuroscience. Zinong Yang, becario postdoctoral del MIT, es el autor principal.

Cómo el sueño limpia el cerebro

El sueño es esencial para la supervivencia, pero los científicos aún no comprenden del todo por qué desempeña un papel tan crucial. Lo que está claro es que el sueño es necesario para mantenerse alerta, y que se ha demostrado que la privación de sueño perjudica la atención y otras capacidades mentales. A nivel físico, el sueño sirve para regenerar: se reparan células y tejidos, se liberan hormonas del crecimiento y se refuerza el sistema inmunitario. El sueño también desempeña un papel fundamental en la regulación de las hormonas y el metabolismo, como el control del hambre, el azúcar en sangre y el equilibrio energético.

Una función importante del sueño tiene que ver con el líquido cefalorraquídeo que rodea y amortigua el cerebro. Durante el sueño, el líquido cefalorraquídeo ayuda a eliminar los productos de desecho que se acumulan durante las horas de vigilia. En un estudio de 2019, Lewis y sus colegas descubrieron que este líquido se mueve siguiendo un patrón rítmico durante el sueño que está estrechamente relacionado con los cambios en la actividad de las ondas cerebrales.

Este descubrimiento anterior planteó una nueva pregunta: ¿Qué ocurre con este sistema de fluidos cuando se interrumpe el sueño? Para averiguarlo, los investigadores reclutaron a 26 voluntarios que realizaron las pruebas dos veces, una tras una noche de privación del sueño en el laboratorio y otra tras una noche de descanso adecuado. A la mañana siguiente, los participantes realizaron una tarea estándar diseñada para evaluar los efectos de la privación de sueño, mientras los investigadores rastreaban diversas señales cerebrales y corporales.

Medición de la atención y el flujo de fluidos en el cerebro

Durante el experimento, cada participante llevaba un electroencefalograma (EEG) para monitorizar la actividad cerebral mientras estaba tumbado en un escáner de resonancia magnética funcional (fMRI). El equipo utilizó una versión especial de IRMf que podía seguir tanto los niveles de oxígeno en sangre como el movimiento del líquido cefalorraquídeo (LCR) dentro y fuera del cerebro. También se registraron la frecuencia cardiaca y respiratoria y el tamaño de las pupilas.

Los participantes realizaron dos pruebas de atención en el escáner, una visual y otra auditiva. En la tarea visual, observaron una cruz fija en una pantalla que ocasionalmente cambiaba a un cuadrado. Se les indicó que pulsaran un botón cada vez que se produjera un cambio. En la tarea auditiva, la señal visual se sustituía por un sonido. Como era de esperar, los participantes privados de sueño obtuvieron resultados significativamente peores que los que estaban bien descansados. Sus respuestas eran más lentas y, en algunos casos, no percibían la señal en absoluto.

Cuando se producían estos breves lapsus de atención, los investigadores observaron varios cambios fisiológicos simultáneos. En particular, el líquido cefalorraquídeo salía del cerebro durante el lapso y volvía a entrar en cuanto se recuperaba la atención. «Los resultados sugieren que en el momento en que se pierde la atención, este líquido es expulsado del cerebro. Y cuando se recupera la atención, vuelve a entrar», afirma Lewis.

El equipo cree que este patrón refleja el intento del cerebro de compensar la falta de sueño activando un proceso de limpieza que normalmente se produce por la noche, aunque esto interrumpa temporalmente la atención. «Una forma de explicar estos sucesos es que el cerebro necesita tanto dormir que hace todo lo posible por entrar en un estado similar al sueño para restablecer algunas funciones cognitivas«, explica Yang. «El sistema de fluidos de tu cerebro intenta restaurar las funciones haciendo que el cerebro cambie entre estados de gran alerta y de gran fluidez».

Un sistema de colaboración entre cerebro y cuerpo

El estudio también descubrió que los lapsus de atención están relacionados con cambios fuera del propio cerebro. En esos momentos, la respiración y el ritmo cardiaco se ralentizaban y las pupilas se contraían. La constricción de las pupilas comenzaba unos 12 segundos antes de que el líquido cefalorraquídeo saliera del cerebro y se invertía una vez recuperada la atención. «Curiosamente, parece que no se trata sólo de un fenómeno cerebral, sino de un proceso que afecta a todo el cuerpo. Esto sugiere que estos sistemas están estrechamente coordinados. Cuando la atención decae, se siente perceptiva y psicológicamente, pero también refleja un proceso que tiene lugar en todo el cerebro y el cuerpo», afirma Lewis.

Estos hallazgos sugieren que un único sistema de control puede coordinar tanto la atención como funciones corporales básicas como el flujo de fluidos, la frecuencia cardiaca y el estado de alerta. «Estos hallazgos sugieren que existe un circuito unificado que controla tanto las funciones cerebrales que consideramos altamente sofisticadas -nuestra atención, nuestra capacidad para percibir el mundo y responder a él- como procesos fisiológicos muy básicos como la dinámica de los fluidos cerebrales, el flujo sanguíneo por todo el cerebro y la constricción de los vasos sanguíneos», afirma Lewis. Aunque los investigadores no pudieron identificar el circuito específico implicado, apuntan al sistema noradrenérgico como firme candidato. Se sabe que este sistema, que utiliza el neurotransmisor norepinefrina para regular la cognición y las funciones corporales, fluctúa durante el sueño normal.