Las ondas delta del sueño REM humano y la borrosa distinción entre el sueño NREM y el REM

El sueño es universal, irresistible y heterogéneo. En los mamíferos, el sueño se divide tradicionalmente en etapas de movimiento ocular no rápido (NREM) 1-4 y de movimiento ocular rápido (REM), cada una con patrones definidos de actividad cerebral. En concreto, las ondas delta lentas y sincronizadas, los husos y las deflexiones negativas aisladas definen el sueño NREM, mientras que la actividad tónica, rápida y no sincronizada caracteriza el sueño REM. Los patrones de actividad neuronal biestable con estados despolarizados «on-» e hiperpolarizados «off-» dan lugar a las ondas delta y se cree que permiten que el sueño NREM funcione en la consolidación de la memoria (Battaglia et al., 2004) y la homeostasis sináptica (Tononi y Cirelli, 2014). Por el contrario, se cree que los patrones de actividad durante el sueño REM hacen que esta etapa sea más adecuada para la estabilización de la memoria (Li et al., 2017) y la integración (Sterpenich et al., 2014).

Las pruebas recientes sugieren que el comportamiento no es tan fácilmente separable en estados de todo el cerebro, con programas y funciones de actividad neuronal emblemáticos, como se creía anteriormente. En cambio, los ciclos ultradianos de sincronización neuronal y neuromodulación pueden tener influencias generales a nivel cerebral durante las cuales la actividad cerebral local es heterogénea y puede desviarse del patrón global. Por ejemplo, se ha documentado la activación local durante el sueño NREM (Nobili et al., 2011) y la actividad de ondas lentas (en adelante, actividades de rango delta) en el cerebro despierto (Vyazovskiy et al., 2011; Quercia et al., 2018), así como en las cortezas primarias de los ratones durante el sueño REM (Funk et al., 2016); para una revisión detallada de estos temas, véase Siclari y Tononi (2017). Así, aunque es conveniente dividir el sueño humano en un pequeño número de etapas fácilmente discernibles, la realidad puede ser mucho más compleja. De hecho, es necesario abordar varias cuestiones. ¿Los humanos, como los ratones, tienen ondas delta locales durante el sueño REM? Si es así, ¿son estas ondas compositivamente iguales a las observadas durante el sueño NREM? ¿Las ondas delta cumplen las mismas o diferentes funciones en los distintos estados de excitación? ¿Y se está difuminando la distinción entre el sueño NREM y el REM? Muchas de estas preguntas tienen respuesta en los recientes hallazgos de Bernardi et al. (2019), publicados en el Journal of Neuroscience.

Usando la electroencefalografía de alta densidad, Bernardi et al. (2019) trataron de determinar si los humanos tienen ondas delta regionales durante el sueño REM, similares a las mostradas recientemente en ratones (Funk et al., 2016). De hecho, distinguieron dos grupos de ondas delta que se producen durante el sueño REM: ondas más lentas (<2 Hz), registradas en regiones medial-occipitales, presentes tanto en el sueño NREM como en el REM, y ondas «diente de sierra» más rápidas (2,5-3 Hz), exclusivas del sueño REM, fronto-centrales/occipito-temporales. De éstas, las ondas delta medial-occipital eran a menudo aisladas, de baja amplitud y localizadas en las cortezas visuales primarias cuando se observaban en el sueño REM. Las ondas diente de sierra aparecían en ráfagas, eran de gran amplitud y se producían junto a los aumentos en REM. A diferencia de las ondas medial-occipital similares a las del sueño NREM, que estaban vinculadas a la disminución de la actividad neuronal, las ondas de diente de sierra se correlacionaban positivamente con la actividad gamma de alta frecuencia y, por lo tanto, se consideraban «activadoras» corticales.

La observación de un ritmo tradicionalmente considerado como un componente del sueño NREM en regiones específicas del cerebro durante el sueño REM se basa en la evidencia que indica que el sueño puede operar de manera local, en lugar de uniforme, en todo el cerebro (Siclari y Tononi, 2017). Este sueño local está presumiblemente acompañado o guiado por influencias y actividades casi globales y específicas del estado. Es decir, tal vez el sueño NREM, que ya se considera que comprende la mayor parte del período total de sueño, no se apaga completamente a lo largo de la noche, a pesar de tener algunas de sus cualidades interrumpidas periódica y regionalmente por el sueño REM. Por otra parte, las actividades que tradicionalmente se consideran definitorias del sueño NREM, como las ondas delta, pueden no ser específicas de una etapa, sino que operan localmente durante el sueño REM, lo que difumina la distinción entre estas etapas. En cualquier caso, está claro que los estados de excitación no deberían distinguirse únicamente por la detección de lo que tradicionalmente se ha considerado como patrones de actividad diferenciados por etapas. En su lugar, la potencia espectral neta en el electroencefalograma y las medidas fisiológicas periféricas, como el movimiento de los ojos o los cambios en el tono muscular, son las métricas que deberían utilizarse al definir y discernir el sueño NREM y REM.

La detección de ondas delta medial-occipital similares a las del sueño NREM durante el sueño REM, junto con ráfagas delta activadoras en forma de diente de sierra, complementa la investigación que indica que las formas de onda que operan dentro de una banda espectral definida no se limitan a un único estado de excitación (Siclari y Tononi, 2017) y no son totalmente homogéneas en estructura y función (Siclari et al., 2014). Cuando se produce en el sueño REM, la actividad delta medial-occipital y de diente de sierra podría estar llevando a cabo funciones similares a las del delta del sueño NREM, realizando una función desconocida específica del sueño REM, u operando de forma más general en la preservación del sueño.

Durante el sueño NREM, la actividad cerebral en el rango delta está implicada en la consolidación de la memoria de los sistemas (Maingret et al., 2016), la homeostasis sináptica (Tononi y Cirelli, 2014) y la desconexión sensorial (Funk et al., 2016). Las ondas delta medial-occipitales observadas por Bernardi et al. (2019) podrían cumplir funciones comparables en el sueño REM. Aunque la activación neuronal tónica durante el sueño REM refuerza las sinapsis (Li et al., 2017) y podría formar asociaciones (Lewis et al., 2018), el elevado tono colinérgico interrumpe el diálogo hipocampo-neocortical y probablemente prohíbe que las ondas delta en este estado cumplan una función de consolidación de sistemas (Gais y Born, 2004). Además, se cree que las actividades de rango delta en el sueño NREM facilitan la transferencia a nivel de sistemas de la información de la memoria desde las áreas subcorticales a los lugares corticales mediante el bloqueo de fase de los estados ascendentes de despolarización a las ondas del hipocampo y los husos talamocorticales (Maingret et al., 2016). El confinamiento relativo de las ondas asociadas a la reactivación de la memoria y los husos portadores de ondas en el sueño NREM refuerza la idea de que las ondas delta observadas en el sueño REM no cumplen una función de consolidación de sistemas. Incluso si se produjera un diálogo interregional, las actividades de rango delta en las cortezas primarias (Funk et al., 2016; Bernardi et al., 2019) pueden impedir la propagación de la señal (Massimini et al., 2005) e impedir la consolidación integradora de las conexiones con las regiones situadas aguas abajo de las cortezas primarias, donde suelen residir los recuerdos (Binder et al., 2009).

La información se codifica durante la vigilia mediante el fortalecimiento de las sinapsis. Las sinapsis reforzadas tienen más probabilidades de activarse y fortalecerse aún más, lo que hace que estas conexiones sean vulnerables a la saturación. Durante el sueño NREM, se cree que la actividad en el espectro delta provoca una renormalización adaptativa de las sinapsis reforzadas (Tononi y Cirelli, 2014). Sin embargo, la restricción de los picos de actividad delta durante el sueño REM a las regiones corticales de orden inferior (Bernardi et al., 2019) que no se asocian típicamente con el almacenamiento de la memoria hace poco probable que la homeostasis de la sinapsis sea la función principal de las ondas delta en este estado. Por lo tanto, es probable que la consolidación de la memoria de los sistemas y la renormalización de las sinapsis sean funciones menos prominentes de las ondas delta en el sueño REM en comparación con las observadas en el sueño NREM.

Durante el sueño NREM, se cree que la inhibición de los relés talamocorticales y los estados de desconexión de las ondas delta desconectan el cerebro del mundo exterior (Lewis et al., 2015; Siclari et al., 2018). Funk et al. (2016) han sugerido que la actividad de rango delta observada en las cortezas sensoriales primarias, pero no en las secundarias, durante el sueño REM opera para asegurar que esta desconexión persiste en el sueño REM. Las ondas delta no activadoras presentes en las cortezas visuales primarias de humanos y roedores durante el sueño REM podrían evitar que los estímulos visuales y las formas de onda activadoras evocaran una excitación excesiva y transiciones de estado de comportamiento. Dichas formas de onda activadoras podrían incluir las ondas diente de sierra (Bernardi et al., 2019) y las ondas ponto-geniculo-occipitales (PGO) (Stuart y Conduit, 2009), que se analizan a continuación. De este modo, las ondas delta medial-occipitales pueden garantizar que los recuerdos que se reactivan, refuerzan, debilitan o integran durante el sueño REM no estén sesgados o contaminados por el entorno externo, como ocurriría si las microdespertares o los despertares fueran frecuentes.

Las experiencias fenomenológicas vívidas e inmersivas son un sello distintivo del sueño REM en los seres humanos. La riqueza de los sueños depende en parte de la activación tónica cortical, esto se evidencia por la observación de que los estados off recurrentes en el sueño NREM disminuyen la experiencia consciente (Siclari et al., 2018) y causan la brevedad de los sueños. Entonces, ¿cómo es que las imágenes de los sueños son tan vívidas durante el sueño REM si las ondas delta están presentes en las cortezas visuales primarias? Los sueños suelen localizarse en áreas multimodales de orden superior de la corteza y se produce una potencia delta baja concomitante en estas regiones (Siclari et al., 2017), aunque también se han implicado áreas visuales de orden inferior. Las ondas PGO activadoras observadas en especies no humanas son un sustrato cerebral propuesto para las imágenes oníricas (Stuart y Conduit, 2009). Se dice que las ráfagas delta en diente de sierra descritas por Bernardi et al. (2019) se asemejan a las ondas PGO y quizás sean un correlato humano de las mismas. Por lo tanto, estas ondas delta pueden estar directamente relacionadas con uno de los atributos más definitorios del sueño REM humano, los sueños.

Al demostrar la actividad local delta durante el sueño REM en humanos, Bernardi et al. (2019) han proporcionado nuevas pruebas contra la noción de etapas de sueño globalmente homogéneas, con actividades discretas por etapas. Estos hallazgos contribuyen a un creciente cuerpo de literatura que indica que el sueño es en gran medida local y que las actividades relevantes, como las ondas delta, a menudo no son tan monolíticas en estructura y función o tan específicas de un único estado a nivel cerebral como se creía. Estos descubrimientos marcan un momento emocionante para la ciencia del sueño y preludian futuras investigaciones que indaguen más en las distinciones entre el sueño NREM y el sueño REM y en su superposición, así como en el papel de las ondas delta del sueño REM.