Sanar el cerebro con la ingeniería del sueño

El sueño es esencial para nuestra salud física y mental. Ofrece una serie de beneficios que van más allá de simplemente descansar. Unos estudios recientes creen que incluso puede sanar el cerebro. Para lo cual se ha desarrollado una nueva disciplina: la ingeniería del sueño.

“…Toda la vida es sueño, y los sueños, sueños son”, escribió Calderón de la Barca en el siglo XVI. El sueño ha sido un tema fascinante y una fuente de inspiración para artistas y filósofos a lo largo de la historia. En el arte, el sueño a menudo se presenta como un espacio donde la realidad y la fantasía se entrelazan. Permitiendo la exploración de ideas y emociones que pueden no ser posibles en la vigilia. En la literatura, los sueños pueden ser utilizados como una herramienta para revelar verdades ocultas, explorar el subconsciente de un personaje o crear escenarios fantásticos.

Los filósofos también han reflexionado profundamente sobre los sueños. Desde la antigüedad, han sido objeto de análisis, con preguntas sobre su naturaleza y significado. Los sueños pueden desafiar nuestras nociones de realidad y conciencia, y han sido utilizados en argumentos filosóficos, como el famoso “sueño de la mariposa” de Zhuangzi o el “demonio de la duda” de Descartes.

En el cine, los sueños pueden ser una poderosa herramienta narrativa. Se ha usado para revelar aspectos ocultos de un personaje, crear secuencias visuales impresionantes o añadir una capa de surrealismo a la trama. Los sueños en el cine a menudo se presentan de manera que desdibujan las líneas entre la realidad y la fantasía. Para crear una experiencia inmersiva para el espectador. Como en la película “Inception”. En la cual Christopher Nolan usa una narrativa visualmente alucinante para explorar la idea de manipular y controlar los sueños. Un concepto que precisamente es la base de la ingeniería del sueño. Pero, a diferencia de la versión de Nolan que obedecía a objetivos políticos y económicos, la emergente disciplina está orientada a sanar el cerebro.

Sin sueño no hay salud

Durante el sueño, nuestro cuerpo se embarca en tareas de mantenimiento y regeneración celular. Incluyendo la formación de nuevas neuronas y la consolidación de la memoria. Además, el sueño no solo mejora nuestra capacidad para retener información, sino que también potencia el aprendizaje de nuevos conocimientos.

Un buen sueño nos permite manejar mejor nuestras emociones y las de los demás. Lo que resulta en relaciones sociales más armoniosas. Durante el sueño, nuestro sistema inmune se activa y produce anticuerpos para combatir posibles patógenos. Dormir bien reduce el riesgo de problemas de conducta y comportamientos negativos, como irritabilidad o depresión.

También agudiza nuestra percepción de ideas y conceptos, estimulando así la creatividad y la imaginación. Dormir adecuadamente puede ayudar a prevenir enfermedades crónicas como la obesidad, la diabetes tipo 2 y las enfermedades cardíacas. Un sueño reparador reduce el riesgo de accidentes causados por la fatiga. Cada individuo tiene diferentes necesidades de sueño. Existen factores individuales que influyen en la calidad y duración del mismo. Para optimizar la salud y el bienestar, es necesario garantizar un sueño adecuado.

Ingeniería de sueño

Es un campo interdisciplinario que combina ingeniería, fisiología y medicina para comprender, controlar y mejorar el sueño humano. Los ingenieros del sueño utilizan conocimientos de diversas disciplinas para desarrollar tecnologías, dispositivos y estrategias que ayuden a las personas a dormir mejor y a tratar trastornos del sueño. Se enfoca en aplicar los principios de la ingeniería para comprender, controlar y mejorar el sueño humano, con el objetivo de contribuir a la salud y el bienestar de las personas.

Dentro de la ingeniería del sueño, se investigan y desarrollan dispositivos como monitores de sueño, aplicaciones móviles, colchones inteligentes y sistemas de iluminación que pueden influir en la calidad del sueño. Además, se utilizan técnicas de análisis de datos para comprender los patrones y desarrollar algoritmos que puedan predecir y mejorar la calidad del descanso.

Los ingenieros del sueño también trabajan en colaboración con médicos especializados en trastornos del sueño para desarrollar tratamientos innovadores, como terapias de estimulación cerebral, dispositivos de asistencia respiratoria y sistemas de monitorización remota.

Por una pesadilla

El sueño, un estado de descanso vital para nuestra salud, puede verse perturbado por pesadillas. Dejando a las personas somnolientas, irritables y emocionalmente agotadas. Este trastorno de pesadillas puede presentarse solo o junto con otros problemas como el estrés postraumático o los trastornos de ansiedad. Para combatirlo, los especialistas del sueño de los hospitales universitarios de Ginebra prescribieron una terapia de “ensayo de imágenes”. En la cual los pacientes crean un final positivo para un mal sueño y lo practican a diario.

El método no siempre es efectivo, por lo que se realizó un estudio para probar una versión mejorada. Los participantes, ensayaron nuevas narrativas de sueños mientras escuchaban un acorde de piano a través de auriculares, asociando el sonido con la historia. Durante el sueño, una diadema de ingeniería del sueño detectaba cuando los participantes entraban en la fase de sueño de movimientos oculares rápidos (REM), y transmitía el mismo acorde de piano a través de los huesos del cráneo.

El psiquiatra Lampros Perogamvros de la Universidad de Ginebra, que dirigió la investigación explica que se pretende “mejorar esta memoria específica». La asociación llevó a las personas a experimentar menos pesadillas y sueños más positivos en general. «Incluso si trabajas con un solo escenario cuando estás despierto, las pesadillas disminuyen», dice Perogamvros.

El proceso aprovecha la capacidad del sueño para fortalecer los recuerdos, en este caso, la nueva narrativa. Durante el sueño, el cerebro reproduce recuerdos seleccionados del día. Un proceso conocido como consolidación de la memoria. En el estudio, el acorde recordaba a los participantes sus sueños más felices. Lo que resultó en menos pesadillas y sueños más positivos en general.

“Se trata de tomar toda la información que llegó durante el día e integrarla con toda la información que ya tenemos de una manera que te ayude a construir esa historia de cómo funciona el mundo y qué significa tu vida”.

Robert Stickgold neurocientífico cognitivo.

Abanico de posibilidades

La manipulación del sueño podría ser una nueva forma de tratar no solo las pesadillas, sino también problemas con el estado de ánimo, la memoria e incluso las habilidades motoras.  Según Robert Stickgold, neurocientífico cognitivo de la Facultad de Medicina de Harvard, el sueño es un momento de descuido. “Es un momento en el que nuestro control ejecutivo, pensamiento racional, toma lógica de decisiones y control de los impulsos están apagados”. Así, los estímulos que logran entrar se procesan de forma diferente y posiblemente más eficaz, afirma.

Las técnicas utilizadas para intervenir durante el sueño varían desde la estimulación eléctrica del cerebro hasta la exposición a sonidos u olores que recuerdan hechos o experiencias específicas. Originalmente diseñadas para entender el papel del sueño en la memoria y la cognición, también podrían ayudar a acelerar la recuperación de un accidente cerebrovascular o a restaurar los recuerdos perdidos con la edad.

La ingeniería del sueño, una nueva frontera en la ciencia, podría tener el potencial de reprimir emociones negativas asociadas a recuerdos específicos. Lo que podría ayudar a aliviar condiciones como el estrés postraumático, la ansiedad, la depresión y otros trastornos de salud mental.

Ken Paller, investigador de memoria y sueño de la Universidad Northwestern, espera que se desarrollen nuevos métodos para ayudar a las personas a “despertarse en el lado correcto de la cama”. Para hacer que los métodos sean prácticos y generalizados, los investigadores están desarrollando una variedad de dispositivos de ingeniería del sueño para uso doméstico.

Largo trecho

Sin embargo, los expertos advierten que aún faltan años para el uso clínico de algunos de estos dispositivos y existen riesgos potenciales. Según la neurocientífica Gina Poe de la Universidad de California en Los Ángeles, manipular la memoria podría tener consecuencias imprevistas, como crear desequilibrios que impidan el aprendizaje. Poe describe esta época como “un tanto aterradora”, porque aún no sabemos suficiente sobre estos procesos.

El sueño ha sido reconocido como un fortalecedor de los recuerdos desde hace milenios. En el siglo I d.C., el escritor y maestro romano Marco Fabio Quintiliano observó que “el intervalo de una sola noche aumentará en gran medida la fuerza de la memoria”. Sin embargo, los detalles de este proceso permanecieron oscuros hasta el siglo XX. Cuando la invención del electroencefalograma permitió a los científicos demostrar que el cerebro dormido opera según sus propios ritmos eléctricos.

Las personas duermen en ciclos de aproximadamente 90 minutos que se repiten a lo largo de la noche. Cada ciclo comienza con un período de sueño ligero, seguido por un sueño profundo de “ondas lentas”. Durante estas etapas, las neuronas producen señales eléctricas conocidas como husos del sueño. Finalmente, en la etapa de sueño REM, las neuronas cerebrales se activan de manera tan activa y aleatoria como lo hacen durante el día. Es cuando las personas experimentan sueños intensos y cargados de emociones.

Recuperar la memoria

La ingeniería del sueño, disciplina emergente en la neurociencia, explora cómo la actividad cerebral durante el sueño puede servir a la memoria. En la década de 1970, el neurocientífico computacional David Marr propuso una teoría sobre cómo el cerebro integra nueva información con el conocimiento existente. Según su modelo, el hipocampo almacena información durante el día. Estos rastros de memoria son frágiles hasta que se refuerzan durante el sueño y se transmiten a la corteza cerebral para su almacenamiento a largo plazo.

Un estudio histórico de 1994 demostró que el hipocampo fortalece los recuerdos durante el sueño al repasarlos. El proceso fue observado en ratas que recorrían un laberinto durante sus horas de vigilia. Mientras la rata dormía, los investigadores registraron la misma actividad cerebral. Como si el cerebro estuviera ensayando el camino a través del laberinto para memorizarlo.

Una década más tarde, los científicos obtuvieron evidencia de este proceso de repetición en humanos utilizando la tomografía por emisión de positrones. Las áreas del cerebro que se activaban cuando las personas aprendían rutas en una ciudad virtual se reactivaban durante el sueño profundo. La cantidad de actividad se correlacionaba con la capacidad de una persona para recordar las rutas. Como predijo Marr, la repetición de los recuerdos en el hipocampo es clave para la consolidación de la memoria. Parece marcar ciertos recuerdos para su custodia, permitiendo que el resto de la vida diaria quede en el camino.

“Casi todo se olvida. El juego del sueño consiste en descubrir qué es lo que no quieres olvidar”

Robert Stickgold, neurocientífico cognitivo

Una sinfonía de tres partes

A principios del siglo XXI, los científicos descubrieron que la mayoría de las ondas de alto voltaje del sueño profundo se originan en la corteza prefrontal, el centro de toma de decisiones del cerebro, y se mueven suavemente desde el frente hacia la parte posterior del cerebro. Estudios en animales y en personas con epilepsia implicaron otros ritmos del sueño en los procesos de memoria. Incluyendo las ondas de actividad eléctrica del hipocampo que probablemente reflejan una repetición y que coinciden con los valles de los husos del sueño que se originan en el tálamo.

Cuando una persona está despierta, el tálamo envía información seleccionada de los sentidos a la corteza cerebral para su interpretación. Pero cuando alguien está dormido, bloquea la mayoría de las señales, por lo que la persona generalmente permanece inconsciente de su entorno.

Curiosamente, el número de husos de sueño por minuto se correlaciona con la capacidad de aprendizaje de la persona. En una coincidencia sorprendente, tanto las ondas como los husos suben y bajan con las ondas lentas. “Existe esta sinfonía de tres partes. El hipocampo, el tálamo y la corteza trabajan al unísono para fortalecer recuerdos específicos», dice Stickgold.

Revertir el paso del tiempo

Jan Born, un neurocientífico del comportamiento de la Universidad de Tubinga, y su equipo aplicaron corriente oscilante a través del cuero cabelludo de sujetos dormidos para aumentar la amplitud de las ondas lentas, mejorando así la memoria. Debido a la variación impredecible del campo eléctrico a lo largo de los pliegues anatómicos del cerebro, el equipo cambió al sonido, que se procesaría de forma más fiable a través del oído. Los investigadores hicieron suaves clics sincronizados con la fase ascendente de sus ondas lentas a los pacientes mientras dormían . La estimulación mejoró el tamaño y la duración de las ondas lentas y los husos, y mejoró la memoria de los participantes.

Los neurólogos de Northwestern Roneil Malkani y Phyllis Zee, en colaboración con Paller, entre otros, utilizaron con éxito el sonido para mejorar la capacidad de recordar pares de palabras en personas con deterioro cognitivo leve. Sin embargo, estas intervenciones duraron sólo una noche. En la práctica, evitar el deterioro de la memoria probablemente requiera un tratamiento a más largo plazo.

El investigador de memoria y sueño de la Universidad Northwestern, Ken Paller, se pregunta si con la ingeniería del sueño se puede hacer que la fisiología siga su curso de manera más efectiva. O, si no funciona del todo bien, si se puede ajustar para que funcione mejor.

“Las ondas lentas se debilitan con el paso del tiempo, lo que podría explicar los problemas de memoria relacionados con la edad. ¿Podría la suplementación con ondas lentas mitigar el deterioro de la memoria?”.

Ken Paller

Arquitectura del sueño

El neurocirujano Itzhak Fried de UCLA Health y sus colegas demostraron recientemente que podían utilizar la estimulación cerebral profunda para mejorar la memoria. Fried había implantado electrodos para detectar convulsiones en personas con epilepsia grave. Pero cuando estos pacientes estaban dormidos y sin convulsiones, utilizó los electrodos para detectar y alterar las oscilaciones del sueño profundo. Los individuos que recibieron esta estimulación en la corteza prefrontal mostraron un mejor recuerdo de pares de imágenes después de la noche en que el electrodo estuvo activo en comparación con su memoria después de un sueño tranquilo.

“Estamos cambiando la arquitectura del sueño. Nuestro objetivo es tratar de ver si podríamos tener una ayuda para la memoria o un dispositivo neuroprótesis para la memoria, similar a un implante coclear para personas con problemas de audición», asoma Fried.

Aromas y sonidos

Además de mejorar la memoria en general a través de la mejora de las ondas eléctricas en el cerebro durante el sueño, los científicos descubrieron diversas formas de mejorar recuerdos específicos. El primer intento involucró olores. El equipo de Born pidió a las personas que olieran una rosa mientras aprendían la ubicación de los objetos en una cuadrícula.

Luego, expusieron a algunos de los participantes a la fragancia mientras dormían. Cuando se administraba el aroma durante el sueño de ondas lentas, estimulaba los cerebros de los dormidos participantes a repasar lo que habían aprendido. Mejorando significativamente su recuerdo de los lugares.

Poco después, Paller y sus colegas demostraron que podían hacer algo similar con el sonido. Los investigadores reprodujeron sonidos únicos mientras las personas memorizaban la ubicación de 50 objetos en la pantalla de una computadora. Luego, los científicos reprodujeron 25 de los sonidos durante una siesta. Después de lo cual las personas recordaban la ubicación de los objetos asociados mejor que los demás.

Método Paller

El método de Paller, conocido como reactivación de memoria dirigida (TMR), se ha fortalecido como una forma de reforzar recuerdos específicos. En 2022, su entonces estudiante de posgrado Nathan Whitmore demostró que la TMR podía mejorar la memoria de rostros y nombres. Los efectos eran más fuertes en aquellos que tenían el sueño de ondas lentas más largo e ininterrumpido.

El método podría ayudar a las personas mayores con problemas de memoria a recordar hechos importantes para ellos, como los nombres de sus nietos. La TMR también puede mejorar la memoria procedimental, que es la base de habilidades que van desde tocar una pieza de piano hasta perfeccionar un tiro en suspensión. Las personas ejecutan secuencias aprendidas de movimientos de los dedos más rápido después de dormir. El rendimiento mejora aún más si la memoria de la secuencia se reactiva durante el sueño de ondas lentas.

Un método similar podría acelerar la recuperación de accidentes cerebrovasculares que dejan a las personas incapaces de realizar movimientos básicos. La rehabilitación implica practicar esas habilidades a diario. Para enseñar este tipo de habilidades, el neurólogo de Northwestern, Mark Slutsky, desarrolló un sencillo videojuego al estilo de los años 80 en el que los usuarios deben activar uno o dos músculos para mover un cursor desde el centro de una pantalla a uno de ocho objetivos.

Sueño rehabilitador

En un estudio de 2021, Paller, Slutsky y sus colegas demostraron que la Reactivación de Memoria Dirigida (TMR) puede mejorar el rendimiento de las personas en un juego específico. Los participantes escucharon un sonido único mientras apuntaban a cada objetivo en el juego.

Después de unas horas de práctica, tomaron una siesta de 90 minutos. Durante esta siesta, cuando entraron en el sueño de ondas lentas, escucharon algunos de los sonidos a intervalos de cinco segundos. Al despertar, mostraron un mejor rendimiento al navegar hacia los objetivos que estaban vinculados a los sonidos reproducidos durante la siesta.

Las versiones más avanzadas de TMR sincronizan las señales de sonido con las ondas lentas. Penélope Lewis, neurocientífica de la Universidad de Cardiff, y sus colegas descubrieron que esta técnica puede mejorar el aprendizaje de las relaciones entre objetos. Pero sólo si los sonidos que denotan esa relación se reproducen durante el pico de la onda lenta.

Verbo-imagen

En un hallazgo relacionado, Bernhard Staresina, neurocientífico cognitivo de la Universidad de Oxford, y Hong-Viet V. Ngo, ahora en la Universidad de Essex, informaron una mejor memoria para las asociaciones verbo-imagen cuando sincronizaron señales sonoras específicas con el ascenso de la onda lenta. Además, las señales durante esta fase prolongaron la onda y aumentaron la potencia de los husos asociados.

Intervenir en el sueño de ondas lentas también puede alterar las emociones vinculadas a recuerdos específicos, lo que potencialmente puede mejorar la salud mental. Xiaoqing Hu, neurocientífico cognitivo de la Universidad de Hong Kong, y sus colegas utilizaron TMR para darle un giro positivo a los recuerdos repulsivos mediante la creación de asociaciones con palabras optimistas.

Enseñaron a las personas a asociar palabras sin sentido con fotografías perturbadoras y luego, durante el sueño de ondas lentas, repitieron las señales sin sentido junto con palabras positivas. Posteriormente, las personas sintieron menos rechazo que antes por las imágenes. Una vez más, el efecto fue más fuerte cuando las palabras positivas coincidieron con la fase ascendente de las oscilaciones lentas.

El poder del sueño REM

El papel del sueño de ondas lentas en la consolidación de la memoria está bien establecido. La función del sueño REM es menos clara. Los sueños durante esta etapa a menudo parecen ilógicos debido a que partes de la corteza prefrontal del cerebro, que controla el pensamiento racional, están desconectadas. Mientras que las regiones del cerebro que controlan la visión, el movimiento y las emociones permanecen activas.

Una teoría emergente sugiere que los sueños vívidos experimentados durante la fase REM pueden regular las emociones asociadas a los recuerdos y ayudar a las personas a obtener una comprensión más profunda de sus experiencias. Matthew Walker, neurocientífico, describe los sueños en la etapa REM como una forma de “terapia nocturna” que alivia el dolor emocional de episodios difíciles o traumáticos. Durante el sueño REM, los niveles de norepinefrina, un neurotransmisor que provoca respuestas de miedo, se reducen. Como resultado, los recuerdos que surgen en esta fase están separados de estas respuestas. Liberándolos de su carga emocional.

Si la teoría es correcta, inducir a las personas a revivir experiencias difíciles durante el sueño REM podría ayudar a calmar las emociones perturbadoras asociadas con ellas. Un estudio de 2021 encontró que las personas calificaban las imágenes perturbadoras como menos molestas después de asociarlas con sonidos específicos y estar expuestas a esos sonidos durante el sueño REM.

Calmar emociones

Los sueños de la fase REM también pueden ayudar a calmar las emociones fuertes asociadas a un evento a través del aprendizaje subconsciente. En lugar de soñar con el evento perturbador en sí, las personas a menudo lo hacen con un recuerdo relacionado más benigno. Lo que los lleva a conectar subliminalmente las dos experiencias.

De esta manera, los sueños REM pueden proporcionar perspectiva. La Reactivación de Memoria Dirigida (TMR) podría usarse para dar forma a esa narrativa. El estudio sobre los trastornos de las pesadillas realizado en Ginebra destacó la posibilidad de tales intervenciones. También podría hacer que las formas tradicionales de psicoterapia sean más efectivas.

“Cualquier enfoque psicoterapéutico apunta a un cambio de conducta, de hábitos, de pensamientos. Por tanto, la psicoterapia es una forma de aprendizaje. Utilizando TMR, podemos impulsar ese aprendizaje”. 

Sophie Schwartz neurocientífica de la Universidad de Ginebra.

Dispositivos a la mano

La mayoría de los estudios de ingeniería del sueño se realizan en laboratorios o entornos institucionales, lo que limita su alcance y eficacia. La neurocientífica cognitiva Heidi Johansen-Berg de Oxford sugiere que si la tecnología fuera portátil, podría integrarse en la vida diaria de las personas. Acumulando beneficios incrementales con el tiempo. Es probable que los dispositivos comerciales para uso doméstico sean una vía importante para mejorar la curación durante el sueño.

Un invento en prueba incluye un reloj y un teléfono inteligentes. Utiliza un modelo de aprendizaje automático para identificar períodos de sueño profundo y activar sonidos de Reactivación de Memoria Dirigida (TMR) dentro de estos períodos. El uso de la tecnología en casa por tres noches mejoró la memoria de las personas para la ubicación de objetos.

Para las pesadillas debilitantes, ya se puede recetar una aplicación de teléfono. Utiliza inteligencia artificial para analizar datos biométricos de los sensores del Apple Watch. Cuando los sensores detectan el aumento del ritmo cardíaco y la inquietud asociados con una pesadilla, el reloj emite suaves vibraciones intermitentes para interrumpir el sueño sin despertar al paciente. El dispositivo ha demostrado mejorar significativamente la calidad del sueño en veteranos con pesadillas inducidas por traumatismos.

Un detector de sueño parecido a un guante, desarrollado por Adam Haar Horowitz y sus colegas, también podría reducir las pesadillas. El dispositivo monitorea los signos biológicos del inicio del sueño. Se conecta a una aplicación que ofrece indicaciones de voz, como “árbol”. Que en un estudio reciente indujo a los participantes a soñar con árboles y mejoró su creatividad en tareas relacionadas con los árboles.

Tiene sus riesgos

A pesar de la promesa de la ingeniería del sueño, los expertos advierten sobre los riesgos inherentes a la manipulación de los recuerdos. “Estás sesgando cuáles se fortalecen preferentemente en el cerebro”, dice la neurocientífica Penélope Lewis. Si se hace todas las noches, podría causar desequilibrios desconocidos.

Además, estas intervenciones podrían alterar el sueño.  Por ejemplo, en uno de los experimentos de Whitmore y Paller, cuando los sonidos se reproducían demasiado alto, la memoria empeoraba. “Aún quedan muchas cosas por entender antes de que estemos listos para recomendarlo a la población general”, sostiene Lewis.

Mientras tanto, los experimentos han profundizado la comprensión de los científicos sobre el papel del sueño en la memoria y las emociones y cómo moldea la visión que las personas tienen del mundo y de sí mismas. Conocimientos que pueden contribuir a sanar ese órgano tan lleno de retos y misterios científicos que es el cerebro.

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