La matemática Karin Schwab y un equipo de neurocientíficos de la Universidad Friedrich Schiller de Jena (Alemania) han descubierto que los fetos de oveja muy inmaduros pueden entrar en un estado de sueño similar al del sueño semanas antes de que se observen los primeros movimientos oculares rápidos. Su análisis matemático podría conducir a una mejor comprensión del propósito del sueño. También proporciona una herramienta para estudiar cómo se desarrolla el cerebro y para identificar los períodos vulnerables en el desarrollo del cerebro cuando el daño podría conducir a la enfermedad más tarde en la vida.
La investigación aparece en un número especial de enfoque de la revista Chaos, que es publicado por el Instituto Americano de Física (AIP). El número especial se centra en la dinámica no lineal de los sistemas cognitivos y neuronales. Se pregunta cómo afecta el caos a ciertas áreas del cerebro y presenta enfoques interdisciplinarios a varios problemas de la neurociencia – incluyendo el sueño.
Medir directamente la actividad cerebral de un feto humano en el útero es imposible. Lo que sabemos sobre nuestros primeros hábitos de sueño procede principalmente de la observación de los movimientos oculares. Alrededor del séptimo mes de desarrollo del feto, se observan los primeros movimientos oculares rápidos. El cerebro del embrión en desarrollo parece alternar cada 20 ó 40 minutos entre el sueño REM, en el que la actividad cerebral rivaliza con la de la conciencia, y el sueño no REM, en el que el cerebro descansa. Las funciones de estos ciclos de sueño siguen siendo un tema muy debatido en el mundo de la investigación del sueño.
Algunos han intentado medir la actividad cerebral de los bebés prematuros conectándolos a un electroencefalograma (EEG) después de que hayan nacido antes de tiempo. Estas mediciones, según Schwab, son técnicamente difíciles y están plagadas de errores. Así que los neurólogos que estudian el desarrollo del cerebro fetal no saben si los ciclos de sueño simplemente aparecen un día, o si se desarrollan lentamente a partir de otras formas de actividad cerebral.
Para llenar este vacío de conocimiento, Schwab estudió a las ovejas, un animal que suele tener uno o dos fetos similares en tamaño y peso a un feto humano. El curso del desarrollo del cerebro también es bastante similar en los humanos y las ovejas, con una duración de unos 280 días en los humanos y 150 días en las ovejas. Registraron directamente la actividad eléctrica del cerebro de un feto de oveja de 106 días en desarrollo, algo que nunca se había hecho antes.
Utilizando sofisticadas técnicas matemáticas para detectar patrones, Schwab descubrió ciclos en la complejidad de la actividad cerebral inmadura. A diferencia de los patrones de sueño en etapas posteriores del desarrollo, estos ciclos fluctúan cada 5 o 10 minutos y cambian lentamente a medida que el feto crece.
Aunque es difícil imaginar lo que el feto experimenta durante estos ciclos en términos familiares para los adultos, los patrones arrojan nueva luz sobre los orígenes del sueño. «El sueño no evoluciona repentinamente a partir de un cerebro en reposo. El sueño y los cambios de estado del sueño son procesos activos regulados», afirma Schwab. El hallazgo encaja con otros datos que muestran que las células cerebrales (neuronas) que generan los estados de sueño maduran mucho antes de que el resto del cerebro se desarrolle lo suficiente como para caer en el sueño REM.
Una mejor comprensión del desarrollo del cerebro podría proporcionar pistas sobre enfermedades más adelante en la vida, como los trastornos neurológicos o la muerte de cuna. La investigación también podría arrojar luz sobre cuestiones fundamentales acerca de cómo se desarrolla el cerebro. Los cambios cíclicos en la actividad de las neuronas, por ejemplo, podrían estimular a las demás células nerviosas para que se encuentren y se conecten entre sí para establecer redes complejas en el cerebro. Los análisis sofisticados de la actividad cerebral podrían ayudar a detectar fases vulnerables durante este desarrollo cerebral. Otras vías de investigación de Schwab estudian el impacto de los estímulos ambientales, como el ruido o el estrés, en el feto en desarrollo y si pueden conducir a una mayor susceptibilidad a las enfermedades en los adultos.