Investigadores del Instituto de Neurociencias CSIC-UMH han descubierto qué determina la dirección de las oscilaciones lentas en el cerebro, esenciales durante el sueño profundo y la anestesia. Este hallazgo, basado en una combinación innovadora de modelos computacionales y experimentos, abre nuevas vías para entender patologías como la epilepsia.
Aunque parezca que el cerebro descansa totalmente durante el sueño profundo o bajo anestesia, en realidad mantiene una actividad eléctrica constante y rítmica conocida como oscilaciones lentas. Estas ondas ayudan a ordenar la actividad cerebral cuando está en reposo y son clave para procesos vitales. Sin embargo, hasta ahora no se conocía con precisión qué factor decidía la dirección en que se propagan estas ondas por distintas áreas del cerebro.
Más allá de la anatomía: el papel de la excitabilidad neuronal
El equipo liderado por Ramón Reig, del Instituto de Neurociencias CSIC-UMH, ha demostrado que no es la estructura anatómica la que guía estas oscilaciones, sino el grado de excitabilidad de las neuronas de cada región cerebral. Mediante un modelo computacional avanzado que analiza simultáneamente la actividad local y la interacción global de las zonas cerebrales, los científicos han visto que las oscilaciones lentas se sincronizan siguiendo el ritmo de la región más excitable.
Un ejemplo para entenderlo
Javier Alegre Cortés, coautor del estudio, compara este fenómeno con una clase en la que cada alumno tiene un ritmo de trabajo diferente, pero si uno impone una moda o un patrón, los demás terminan siguiéndolo. De este modo, a pesar de las diferencias individuales, hay un «líder» neuronal que marca la dirección de la actividad.
Comprobación experimental en ratones
La predicción del modelo se confirma con experimentos en ratones. Al aumentar artificialmente la excitabilidad en el lóbulo occipital de ratones anestesiados, la dirección habitual de las ondas (que normalmente viajan de la parte frontal a la trasera del cerebro) se invirtió. Esto demuestra que la dinámica neuronal supera al peso de la anatomía en la dirección de las ondas lentas.
Importancia para el sueño, la anestesia y las enfermedades
Las oscilaciones lentas cumplen una función esencial en el sueño profundo y la anestesia, organizando la actividad cerebral para mantener su funcionamiento óptimo en reposo. Cuando estos mecanismos fallan, las ondas pueden aparecer en estados de vigilia o transformarse en patrones asociados a enfermedades como la epilepsia. Comprender cómo la excitabilidad modula estas ondas puede ayudar a detectar y tratar alteraciones en la actividad eléctrica cerebral.
Avance metodológico con modelos realistas
El modelo utilizado en este estudio está basado en datos reales del cerebro de mamíferos, lo que permite simular con gran realismo la interacción de redes neuronales en conexión. Este enfoque permite explorar escenarios complejos difíciles de reproducir en laboratorio, dando a los investigadores una herramienta poderosa para validar hipótesis y planificar futuros experimentos.
