Dormir es un comportamiento complejo, casi ubicuo entre los animales, ya que necesitamos desconectar el cerebro y dormir. Estas desconexiones pueden ser cortas, de breves minutos, o largas, y durar horas, como nos pasa a los humanos. No sabemos por qué el sueño es tan necesario, y por qué requiere que nos desconectemos del mundo. Se ha definido el sueño como un estado de inconsciencia. De hecho, hay quien denomina conciencia a “todo aquello que perdemos cuando estamos inmersos en el sueño profundo”. Sin embargo, ¿es cierto que somos inconscientes de lo que nos rodea? Quien tiene hijos sabe que puede despertarse al escuchar los movimientos y gemidos del bebé, aunque sean débiles, mientras que no percibe el ruido intenso de coches o camiones. Podemos dormirnos mirando la tele, pero nos despertamos cuando alguien nos llama por el nombre. Si estamos en un lugar nuevo o, por ejemplo, dormimos al aire libre en una tienda de campaña, es muy probable que los ruidos inesperados nos despierten. Por lo tanto, no estamos tan desconectados como parece. Existe un nivel de procesamiento sensorial que discrimina la relevancia del sonido (aunque quizás no tanto la potencia), y nos permite volver al estado consciente rápidamente.
En los años 60 se realizaron experimentos con humanos en distintas situaciones, con el objetivo de estudiar el impacto de la consciencia durante y después del sueño. Se sabe también que primates, gatos y perros pueden procesar distintos estímulos sensoriales y despertarse si creen que son importantes. Pero ¿cómo podemos saber qué es y qué no es importante? Como os podéis imaginar, en humanos se pueden realizar pruebas conductuales y de observación, pero es mucho más difícil saber qué circuitos neuronales son los que están activos y permiten esta capacidad de respuesta. Por eso se recurre a otros modelos animales, como por ejemplo la mosca del vinagre (mosca de la fruta o Drosophila), que tiene un cerebro pequeño (como el de una semilla de amapola), con aproximadamente 100.000 neuronas, y del que se conoce su mapa funcional de conectividad, el llamado conectoma del cerebro de mosca (mirad qué imagen más espectacular, obtenida del sitio web donde se puede consultar este atlas).
En esta imagen se observa medio cerebro de Drosophila (hemicerebro), donde se muestran las conexiones neuronales de circuitos involucrados en el control del aprendizaje, la memoria y otras conductas de la mosca. Imagen extraída de HHMI Janelia
El cerebro de mosca es muchísimo más pequeño que el cerebro humano, pero los circuitos de los humanos y las moscas no se comportan tan diferentemente como podríamos pensar. Además, para estudiar el cerebro de mosca tenemos a nuestro alcance muchas herramientas de análisis genético, que nos permiten investigar a un nivel de detalle increíble. No es extraño, pues, que un grupo de investigación de Londres haya analizado cómo las moscas del vinagre responden a diferentes estímulos odoríferos cuando están dormidas, cuándo y por qué se despiertan, y qué conexiones neuronales se activan en cada caso. Estos investigadores han desarrollado un pequeño aparato llamado etoscopio que les permite estudiar el comportamiento de las moscas. El primer prototipo lo fabricaron con piezas de LEGO, pero ahora ya disponen de un aparato que les permite estudiar hasta 2.000 moscas, cada una en una cámara alargada distinta, y enviarles a cada una de ellas un soplo con un aroma diferente para observar cómo reaccionan. Si realizan los ensayos con las moscas despiertas, observan que, sobre todo, evitan los olores repelentes (para ellas) y, en cambio, se acercan a los olores que contienen componentes de fruta muy madura que empieza a fermentar (su comida natural), como por ejemplo una pequeña cantidad de ácido acético diluido (entre el 1%-5%), o etanol (alcohol).
Los resultados más interesante los obtienen cuando hacen los ensayos con moscas dormidas. ¿Y cómo saben que están dormidas? Asumen que las moscas duermen si no se mueven durante un mínimo de 5 minutos. Entonces el etoscopio (que detecta los movimientos en cada cámara), suelta un soplo de un olor determinado y analizan si la mosca se despierta o no. Los científicos observan que la respuesta de la mosca dormida depende de su estado, si está llena porque ha comido bien, o tiene hambre porque hace días que no come. Cuando está llena, no hace mucho caso de los olores apetitosos o neutros, y se despierta si los olores son repelentes (quizás porque los asocian a peligro). En cambio, cuando la mosca tiene hambre, se despierta rápidamente con los olores apetitosos que se asocian a comida, incluso cuando los aromas son sutiles y diluidos. Esta respuesta es extremadamente interesante porque implica dos cosas: que el cerebro de la mosca dormida puede discriminar qué tipo de estímulo sensorial le llega (olor apetitoso, neutro o repelente), y que además, en función de su estado interno (si tiene hambre o no) toma la decisión de despertarse. Por tanto, el cerebro no está desconectado totalmente ni del entorno externo, ni de las necesidades internas. Existen neuronas que permanecen atentas a los estímulos, que saben discernir y clasificar por si hay que responder rápidamente. Igual que muchas madres y padres nos despertamos cuando oímos el llanto de nuestro hijo, pero continuamos durmiendo tranquilamente cuando el camión de la basura pasa por debajo de nuestra casa, de madrugada.
Los investigadores demuestran que la respuesta depende del momento del sueño. Las moscas tienen varias fases del sueño según el momento del día, y cuando es más profundo, también tardan algo más en responder, o necesitan estímulos más potentes para responder. Por último, con un comportamiento muy similar al de los humanos, cuando a las moscas se les da comida con alcohol, se emborrachan. Les gusta el alcohol porque las frutas muy maduras inician la fermentación alcohólica, y así, un poco de alcohol en la comida es apetitoso, pero el alcohol en cantidad es tóxico para las neuronas (sean de mosca, humanas, o de cualquier animal). Cuando las moscas van “borrachas”, se comportan erráticamente, se duermen y bajan el ritmo de actividad. En este caso, también tardan mucho más a responder a los estímulos odoríferos, y necesitan cantidades más elevadas del aroma concreto, o sea, necesitan más cantidad de estímulo para despertarse. Igual que nos pasa a los humanos.
Esquema simplificado del comportamiento de las moscas, si han comido (Fed) o tienen hambre (Starved). La respuesta puede ser irrelevante (Low) o muy detectable (High), según las condiciones internas y externas. Imagen extraída de Li and Keen, Nature 2021; doi:10.1038/d41586-021-02441-6
Gracias al hecho de que conocemos las conexiones del cerebro de la mosca (como os he comentado) y que hay herramientas para marcar las neuronas de diferentes zonas de su cerebro, los investigadores han identificado las neuronas activas que se conectan y son las responsables de ambos tipos de respuesta: las neuronas que controlan la profundidad del sueño y que están activas para que no nos despertemos fácilmente (actuarían como centinelas del sueño); y las que procesan la calidad de los estímulos sensoriales (si tienen hambre o no), y si hace falta entonces despertarse con ese estímulo. Dicho de otro modo, en una pequeña mosca del vinagre podemos modelar cómo el cerebro de los humanos responde a los diferentes estímulos sensoriales mientras estamos durmiendo. Seguro que, en algunos momentos, no sabiáis si estaba hablando de moscas o de personas. Querría terminar haciendo mención y recomendando el magnífico hilo de Twitter que el investigador principal de este artículo ha elaborado para explicar su investigación. Encontraréis la imagen del etoscopio y otras explicaciones del artículo. ¡Es increíble!