Algunos animales, como los pájaros, delfines y ballenas, puede participar en un sueño unihemisférico, en el que un hemisferio del cerebro duerme mientras que el otro hemisferio permanece despierto. Permanecer medio despiertos permite que los animales, literalmente, "mantengan los ojos abiertos" en busca de depredadores, y para aves migratorias, permite un vuelo ininterrumpido durante días o incluso semanas.

Aunque no se sabe que el sueño unihemisférico ocurra en humanos, Una investigación reciente ha encontrado que los humanos exhiben un estilo de sueño similar cuando experimentan problemas de sueño en una nueva ubicación por primera vez. llamado el "efecto de la primera noche". Este efecto implica una dinámica asimétrica entre los dos hemisferios:mientras que el hemisferio derecho se involucra en el sueño normal de ondas lentas, el hemisferio izquierdo experimenta un sueño menos profundo, sugiriendo que puede estar permaneciendo parcialmente alerta.

Ahora en un nuevo estudio, Los investigadores han investigado más a fondo los mecanismos subyacentes de esta actividad del sueño con el fin de desarrollar un modelo de sueño unihemisférico en el cerebro humano. El papel, por Lukas Ramlow et al., se publica en un número reciente de EPL .

"Nuestra investigación ha demostrado que la ruptura espontánea de la simetría dinámica de los dos hemisferios cerebrales también es posible para los humanos, "coautor Eckehard Schöll, profesor de física teórica en Technische Universität Berlin, dicho Phys.org . "Dado que las diferentes etapas del sueño están asociadas con diferentes grados de sincronización, Creo que alguna forma débil de sueño unihemisférico, es decir., diferente profundidad de sueño de los dos hemisferios, bien puede ocurrir en humanos, no solo en ballenas, delfines focas, y aves migratorias ".

En el cerebro humano los estados de sueño y vigilia se pueden distinguir por sus diferentes formas de actividad eléctrica. Cuando despierto, las neuronas del cerebro se disparan de forma asincrónica, moda algo caótica, mientras que las neuronas del cerebro dormido se activan de forma más sincronizada.

Investigaciones anteriores han sugerido que los dos hemisferios del cerebro pueden verse como dos poblaciones acopladas de osciladores, ya que ambos hemisferios generan señales eléctricas de forma coordinada. Desde esta perspectiva, El sueño unihemisférico ocurre cuando el cerebro ocupa un estado de dos dominios coexistentes, que consta de un hemisferio sincronizado (dormido) y un hemisferio incoherente (despierto). En física, este tipo de estado, que se caracteriza por la coexistencia de orden y desorden, se llama un "estado de quimera".

Usando datos de resonancia magnética de 20 humanos en 90 sitios cerebrales diferentes, los investigadores investigaron cómo el cerebro pasa de la incoherencia (despierto) a la sincronización (dormido). Como ellos explican, el acoplamiento dentro de cada hemisferio individual (acoplamiento intra-hemisférico) es más fuerte que el que existe entre los dos hemisferios (acoplamiento inter-hemisférico). Al disminuir la fuerza de acoplamiento inter-hemisférico mientras se mantiene fija la fuerza de acoplamiento intra-hemisférico en su modelo, los investigadores observaron que un hemisferio exhibía una actividad más sincronizada que el otro, parecido al sueño unihemisférico y al estado de quimera.

"Anteriormente se ha especulado que los 'estados de quimera' pueden ocurrir en la naturaleza en forma de sueño unihemisférico (que es conocido para ciertos animales), pero no se dio un modelo realista, ", Dijo Schöll." La importancia de nuestro trabajo es que hemos demostrado por primera vez al modelar la dinámica de los dos hemisferios cerebrales utilizando conectividades empíricas del cerebro humano que de hecho puede ocurrir una sincronización parcial similar al sueño unihemisférico. Es más, hemos identificado el mecanismo de esto apoyándonos en las diferentes fuerzas del acoplamiento intra-hemisférico (fuerte) e inter-hemisférico (débil) ".

Los resultados apoyan la idea de que el sueño unihemisférico requiere un cierto grado de separación entre los dos hemisferios. Los investigadores encontraron que esta separación puede ocurrir debido a la asimetría estructural del cerebro. Es bien conocido por ejemplo, que los dos hemisferios tienen diferentes tamaños de regiones cerebrales correspondientes y diferentes densidades neuronales dentro de estas regiones.

Según su modelo, los investigadores encontraron que incluso una ligera asimetría estructural da como resultado una asimetría dinámica, en el que un hemisferio exhibe patrones de disparo más sincronizados que el otro, como en un estado de quimera. Entonces, en general, la asimetría estructural en el cerebro puede explicar los mecanismos subyacentes del sueño unihemisférico y el efecto relacionado de la primera noche, pero quedan muchas preguntas sin respuesta.

"En investigaciones futuras planeamos investigar más a fondo el estado del sueño unihemisférico en nuestro modelo (que utiliza la dinámica de las conectividades estructurales empíricas de los cerebros humanos), con respecto a las siguientes preguntas, ", Dijo Schöll." Qué áreas de los hemisferios cerebrales están sincronizadas, ¿que no son? ¿Podemos identificar una especie de relé en el cerebro que medie la sincronización entre diferentes áreas del cerebro? ¿Cómo se relaciona esa sincronización de relés con la memoria, o para aprender, ¿O a la percepción? También, estamos investigando cómo los ataques epilépticos, que están asociados con una fuerte sincronización espontánea del cerebro, se puede iniciar y finalizar ".

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