Giulio Tononi es uno de los principales invitados a la fiesta de la ciencia en Puerto de Ideas Antofagasta
Sus estudios sobre el sueño han concluido que una de sus principales funciones es que en ese momento del día «la información destacada y nueva es integrada en nuestro cuerpo de conocimiento, mientras los detalles irrelevantes son olvidados, y se crea nuevo espacio para la formación de nuevos recuerdos el día siguiente».
¿Qué es la consciencia? ¿Cómo se estudia experimentalmente y cómo se mide? ¿Y el sueño? ¿Qué procesos ocurren en nuestros cerebros mientras dormimos? Son algunas de las interrogantes que responderá en Giulio Tononi en Puerto de Ideas, el festival de las ciencias que realizará su cuarta versión los días 7, 8 y 9 de abril en Antofagasta.
El neurocientífico y psiquiatra italiano ha hecho importantes contribuciones al estudio del sueño con su Hipótesis de la Homeóstasis Sináptica, por la que recibió el NIH Director´s Pioneer Award en 2005, que se basa en la fuerza de nuestras conexiones sinápticas y tiene importantes aplicaciones en deprivación de sueño. Además es líder en el campo de la consciencia, con la Teoría de la Información Integrada (TII).
Esta última intenta describir qué es la consciencia, cómo puede asociarse a ciertos sistemas físicos, cómo puede medirse, cómo interactúa con procesos inconscientes, y cómo se relaciona con diferentes estados cerebrales como el sueño.
Los experimentos más recientes de Tononi y su equipo sugieren que durante el sueño de ondas lentas, durante anestesia general o en estados vegetativos, la pérdida de consciencia ocurre por una ruptura en la integración de la información. Este enfoque permitiría evaluar la presencia de consciencia, así como guiar los tratamientos y rehabilitación de pacientes que no pueden comunicarse.
Actualmente Tononi dirige “The Center for Sleep and Consciouness”, en la Universidad de Wisconsin-Madison y es profesor de psiquiatría de la misma entidad.
Desde hace mucho que se sabe que las neuronas no «descansan». «Siguen siendo muy activas durante el sueño. Las neuronas no se apagan cuando dormimos, simplemente son activas de otra manera, con diferentes modalidades de actividad», adelanta Tononi a El Mostrador Cultura+Ciudad.
«Creemos que esto es importante por lo que el cerebro hace mejor en el sueño que despierto. Asimismo, la transcripción de algunos genes, que son importantes para algunas funciones, es mejor durante el sueño que la vigilia, para que puedan sintetizarse las proteínas correspondientes, como genes vinculados a la depresión sináptica, la síntesis de proteínas, la formación de membranas celulares», agrega.
Tononi cree que varias funciones sintéticas son más activas durante el sueño que en la vigilia, eventualmente debido a que las neuronas tienen más energía a su disposición para el uso de estas funciones durante el sueño, mientras durante la vigilia usan gran parte de su energía para estar listas a responder a los estímulos.
Una de las innovaciones de Tononi ha sido la Hipótesis de la Homeóstasis Sináptica (SHY). La idea central de SHY se basa tanto en consideraciones teóricas sobre cómo el cerebro puede almacenar información y aprender, y datos actuales, que Tononi y su equipo empezó a reunir hace unos diez años.
«La idea central es que la ‘fortaleza sináptica’ general o ‘eficiencia sináptica’ se incrementa al despertar debido al aprendizaje, pero debe renormalizarse durante el sueño por varias razones», explica.
«Hay más de 100 billones de sinapsis en nuestro cerebro, y usan un montón de energía, que es una materia prima muy valiosa en el cerebro. Lo que es aún más importante, si las sinapsis se siguen fortaleciendo, se saturan, y de esta manera las neuronas, que usan la sinapsis para comunicarse, empezarán a responder con demasiada frecuencia y demasiado a estímulo inapropiados.
En resumen, el ruido en el cerebro aumentará, a expensas de la verdadera «señal”. «Este es un gran problema, y SHY sugiere que el sueño es el momento perfecto para permitir la renormalización sináptica. ¿Por qué durante el sueño y no la vigilia? Porque cuando estamos despiertos somos ‘esclavos’ del aquí y el ahora, siempre atendiendo algún estímulo y aprendiendo algo».
Tononi denota que durante el sueño, estamos mucho menos preocupados por el mundo externo, ya que por definición, es la condición en la que somos menos receptivos a estímulos «de afuera», y que el cerebro puede probar todas las sinapsis «y renormalizarlas de manera inteligente, amplia y balanceada».
«El resultado neto, que conocemos de estudios del comportamiento del sueño, es que la información destacada y nueva es integrada en nuestro cuerpo de conocimiento, mientras los detalles irrelevantes -¡muchos por día!- son olvidados, y se crea nuevo espacio para la formación de nuevos recuerdos el día siguiente».
Uno de los problemas es que la fortaleza sináptica es difícil de medir en vivo, y puede medirse mayormente de forma indirecta, usando métodos moleculares y electrosicológicos. Tononi dice que utilizaron muchos de ellos durante años, y los resultados, tanto en humanos como animales, respaldan la SHY, aunque la evidencia hasta ahora es básicamente indirecta.
En un estudio que publicó recientemente, y que discutirá durante su charla del festival, recurrió a lo que cree, hasta ahora, es la manera más directa de medir la fortaleza sináptica, usando un enfoque anatómico-estructural. El método implica, literalmente, la medición del tamaño de las sinapsis.
En resumen, es aprovechar otro factor bien establecido, que las sinapsis más fuertes también son mayores. De esta manera, concluye que si la fortaleza sináptica general aumenta con la vigilia y disminuye con el sueño, entonces la mayoría de las sinapsis deberían crecer con el despertar y disminuir con el sueño, en cuestión de unas pocas horas.
«El problema, obviamente, es que las sinapsis son pequeñas, y los cambios esperados aún menores, por lo cual tenemos que usar una microscopía de electrones (EM), una técnica que exige la mayor resolución espacial posible. Hemos utilizado un nuevo método EM que sólo tiene algunos años y permite adquirir imágenes tridimensionales de muchas sinapsis de manera muy eficiente y automática», dice.
El problema, sin embargo, es que aunque una vez se adquieren las imágenes, que son muchísimas, la medición de las sinapsis -que Tononi llama «segmentación», debe hacerse manualmente.
«Por eso demoró cuatro años y varias personas medir unas siete mil sinapsis. Al final, en línea con SHY, concluimos que la mayoría de las sinapsis crecen en tamaño durante la vigilia y disminuyen durante el sueño.
Estos son, de hecho, los principales logros del Centro para el Sueño y la Consciencia en que trabaja Tononi y su equipo.
«Hemos podido probar tanto la SHY como TII usando muchas herramientas y enfoques, estableciendo un centro investigador de renombre mundial en la materia, además de la formación de una nueva generación de científicos», concluye.
