Cada noche, en miles de millones de cerebros, dentro de los cráneos de mamíferos y aves, ondas lentas de actividad recorren en cascada las neuronas en un ritmo que se ha repetido durante milenios. Es el latido común de los cerebros en su sueño más profundo.
La ubicuidad y uniformidad de estas «ondas lentas» habla de una profunda importancia, dice el científico del HBP Maurizio Mattia, del Istituto Superiore di Sanità (el NIH italiano) en Roma.
Describe el momento en que se dio cuenta de que se trataba de un ritmo común en la biología. «Como físico, cuando vi esto pensé que esto no es biología, es física. Pensé, esto es absolutamente curioso. Es la huella de algo que funciona muy, muy bien. Algo que se necesita en todas las especies y en toda la evolución».
Las ondas lentas aparecen cuando los cerebros están en sueño profundo y se han observado en mamíferos y aves, y posiblemente en reptiles. Mattia describe las ondas como cascadas de actividad que se mueven a través del cerebro con un ritmo constante (alrededor de 1 Hz, en todas las especies).
Estas oscilaciones rítmicas se producen a nivel de una sola neurona, pero cuando se observan a través del cerebro mediante iEEG (electroencefalograma intracraneal) aparecen como una onda que se mueve a través del cerebro a unos 30 mm por segundo.
«No son como las ondas que se ven en el agua. Tienen un medio excitable, así que es como un fuego en un bosque. Cuando se inicia el fuego, se propaga como una onda hasta que se quema toda la madera y entonces se detiene. Esto es como el periodo de inactividad en el cerebro, pero el bosque vuelve a crecer y entonces tienes una nueva ola. Esto es lo que ocurre en el cerebro. Utiliza todos los recursos disponibles para disparar los potenciales de acción de las neuronas, y luego necesita un tiempo de recuperación. Fuego y silencio, fuego y silencio».
La función completa y el propósito de estas ondas lentas no se comprenden del todo, pero es evidente que tienen un papel importante. Cada vez hay más pruebas de que este ritmo es necesario para reproducir un equilibrio en el cerebro. Durante la vigilia, el cerebro produce residuos y estas ondas parecen limpiar el cerebro, dice Mattia.
«Se puede sobrevivir sin estar despierto, pero seguramente se morirá si no se duerme. Necesitas tener estas ondas lentas para mantener el cerebro en un estado saludable».
Las ondas lentas también están relacionadas con la memoria y la consolidación del aprendizaje.
«El frente de ondas no es un frente de ondas aleatorio. Se define por la estructura que encuentra en el cerebro. Imagínese a muchas personas caminando una al lado de la otra por una playa. Cuando algunos encuentran arena blanda caminarán más lentamente, otros caminarán más rápido en la arena más dura. Esta diferencia en el terreno se representará en la forma de la línea de las personas que caminan.
«Así que volviendo a la memoria, estas ondas lentas están siguiendo las vías de la red y reforzando estas vías. Más o menos.»
En ese sentido es casi una especie de repetición, similar al aprendizaje, que parece reforzar las vías utilizadas durante el día al repetirlas muchas veces.
Mattia describe las ondas lentas como una especie de piedra Rosetta de la neurociencia, donde los diferentes idiomas son los diferentes animales y el contenido es la onda lenta. Por eso son útiles, no sólo para entender el cerebro, sino también, quizás, para crear simulaciones cerebrales. ¿Podemos replicar esta característica común de todos los cerebros en una simulación?
«Estamos tratando de entender de qué manera una determinada red de neuronas, in-silico o in-vivo son capaces de crear los mismos ritmos y tomando esto en diferentes contextos nos permite construir una máquina que puede comportarse como un cerebro real», dice Mattia.
«Una vez que se ha creado un cerebro in-silico que tiene estos ritmos, bueno, este es un buen punto de partida para ver cómo se comporta cuando se despierta»
Maurizio Mattia trabaja en el componente de Sistemas y Neurociencia Cognitiva (Subproyecto 3) del Proyecto Cerebro Humano.