Los hallazgos podrían conducir a nuevos enfoques para el Alzheimer y otras afecciones neurológicas
© Getty
Hay una paradoja en el sueño. Su aparente tranquilidad se yuxtapone a la bulliciosa actividad del cerebro. La noche es tranquila, pero el cerebro está lejos de estar dormido. Durante el sueño, las células cerebrales producen ráfagas de pulsos eléctricos que se acumulan en ondas rítmicas, una señal de un funcionamiento elevado de las células cerebrales.
Pero ¿por qué el cerebro está activo cuando estamos en reposo?
Las ondas cerebrales lentas se asocian con un sueño reparador y refrescante. Y ahora, científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis han descubierto que las ondas cerebrales ayudan a eliminar los desechos del cerebro durante el sueño. Las células nerviosas individuales se coordinan para producir ondas rítmicas que impulsan el líquido a través del tejido cerebral denso, lavando el tejido en el proceso.
"Estas neuronas son bombas hidráulicas en miniatura. La actividad neuronal sincronizada impulsa el flujo de fluidos y la eliminación de desechos del cerebro", explicó el primer autor Li-Feng Jiang-Xie, PhD, investigador asociado postdoctoral en el Departamento de Patología e Inmunología. "Si podemos aprovechar este proceso, existe la posibilidad de retrasar o incluso prevenir enfermedades neurológicas, incluidas la enfermedad de Alzheimer y Parkinson, en las que el exceso de desechos, como los desechos metabólicos y las proteínas basura, se acumulan en el cerebro y conducen a la neurodegeneración".
Los hallazgos se publican el 28 de febrero en Nature.
Las células cerebrales orquestan pensamientos, sentimientos y movimientos corporales, y forman redes dinámicas esenciales para la formación de la memoria y la resolución de problemas. Pero para realizar tareas que exigen tanta energía, las células cerebrales necesitan combustible. Su consumo de nutrientes de la dieta genera desechos metabólicos en el proceso.
"Es fundamental que el cerebro elimine los desechos metabólicos que pueden acumularse y contribuir a enfermedades neurodegenerativas", afirmó Jonathan Kipnis, PhD, Profesor Distinguido de Patología e Inmunología Alan A. y Edith L. Wolff e investigador de BJC. Kipnis es el autor principal del artículo. "Sabíamos que el sueño es un momento en el que el cerebro inicia un proceso de limpieza para eliminar los desechos y las toxinas que acumula durante la vigilia, pero no sabíamos cómo sucede eso. Estos hallazgos podrían orientarnos hacia estrategias y terapias potenciales para acelerar la eliminación de residuos dañinos y eliminarlos antes de que puedan tener consecuencias nefastas".
Pero limpiar el cerebro denso no es una tarea sencilla. El líquido cefalorraquídeo que rodea el cerebro ingresa y se entreteje a través de intrincadas redes celulares, recolectando desechos tóxicos a medida que viaja. Al salir del cerebro, el líquido contaminado debe atravesar una barrera antes de derramarse hacia los vasos linfáticos de la duramadre, la capa de tejido exterior que envuelve el cerebro debajo del cráneo. Pero, ¿qué impulsa el movimiento del líquido dentro, a través y fuera del cerebro?
Al estudiar los cerebros de ratones dormidos, los investigadores descubrieron que las neuronas impulsan los esfuerzos de limpieza disparando señales eléctricas de forma coordinada para generar ondas rítmicas en el cerebro, explicó Jiang-Xie. Determinaron que tales ondas impulsan el movimiento del fluido.
El equipo de investigación silenció regiones cerebrales específicas para que las neuronas de esas regiones no crearan ondas rítmicas. Sin estas ondas, el líquido cefalorraquídeo fresco no podría fluir a través de las regiones silenciadas del cerebro y los desechos atrapados no podrían salir del tejido cerebral.
"Una de las razones por las que dormimos es para limpiar el cerebro", dijo Kipnis. "Y si podemos mejorar este proceso de limpieza, tal vez sea posible dormir menos y permanecer saludable. No todo el mundo tiene el beneficio de dormir ocho horas cada noche, y la falta de sueño tiene un impacto en la salud. Otros estudios han demostrado que los ratones que "Están genéticamente programados para dormir menos tienen cerebros sanos. ¿Podría ser porque limpian los desechos de sus cerebros de manera más eficiente? ¿Podríamos ayudar a las personas que viven con insomnio mejorando las capacidades de limpieza de sus cerebros para que puedan arreglárselas durmiendo menos?"
Los patrones de ondas cerebrales cambian a lo largo de los ciclos de sueño. Es de destacar que las ondas cerebrales más altas y con mayor amplitud mueven el líquido con más fuerza. Los investigadores ahora están interesados en comprender por qué las neuronas disparan ondas con diferente ritmicidad durante el sueño y qué regiones del cerebro son más vulnerables a la acumulación de desechos.
"Creemos que el proceso de limpieza del cerebro es similar a lavar los platos", explicó el neurobiólogo Jiang-Xie. "Se comienza, por ejemplo, con un movimiento de limpieza grande, lento y rítmico para limpiar los desechos solubles esparcidos por el plato. Luego se disminuye el rango del movimiento y se aumenta la velocidad de estos movimientos para eliminar los desechos de comida particularmente pegajosos del plato. A pesar de la variación de amplitud y ritmo de los movimientos de las manos, el objetivo general sigue siendo el mismo: eliminar diferentes tipos de residuos de los platos. Tal vez el cerebro ajuste su método de limpieza dependiendo del tipo y la cantidad de residuos".
Referencia: Jiang-Xie LF, Drieu A, Bhasiin K, Quintero D, Smirnov I y Kipnis J. "La dinámica neuronal orquesta la perfusión del líquido cefalorraquídeo y la limpieza cerebral". Nature. 28 de febrero de 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07108-6
Comentarios del Lector
a nuestro Boletín