Un parche en la frente revela qué pasa en el cerebro durante el sueño

Mientras se duerme, el cerebro hace algo que durante mucho tiempo fue imposible de ver desde casa: se limpia.

Científicos de los Estados Unidos y Corea del Sur desarrollaron un parche flexible y sin cables que se pega en la frente y consigue registrar ese proceso en personas reales que están durmiendo en su hogar.

El dispositivo detecta cambios en el contenido de agua del cerebro a lo largo de las distintas etapas del sueño.

Esos cambios podrían reflejar la actividad del sistema glinfático, la red que usa el líquido cefalorraquídeo para limpiar los desechos tóxicos que el cerebro acumula durante el día, según el estudio que publicaron en la revista Science Advances.

Los investigadores señalaron que monitorear ese proceso desde casa podría ayudar a entender por qué el mal dormir se asocia con enfermedades neurológicas como Alzheimer. El vínculo entre el sueño y la limpieza cerebral es una de las áreas de mayor interés en la neurociencia actual.

El trabajo estuvo a cargo de Seunghyeb Ban, Junwoo Kwon, Ikhwan Shin, Youngjin Kwon, Kang-Min Choi, Yunuo Huang y Woon-Hong Yeo, del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad Cornell, en los Estados Unidos, y Chang-Ho Yun, del Hospital Universitario Bundang de la Universidad Nacional de Seúl.

Desde Corea del Sur el doctor Yun, profesor de neurología, contó a Infobae que ahora están evaluando a personas con trastornos del sueño, como apnea obstructiva del sueño e insomnio.

“Queremos ver si el tratamiento restaura los patrones normales de agua cerebral. Los estudios en pacientes con deterioro cognitivo leve o Alzheimer son objetivos a más largo plazo: requieren un diseño de estudio cuidadoso, porque primero necesitamos saber cómo es lo ‘normal’ en distintas edades y sexos antes de poder identificar con sentido lo que es anormal. Esa base de datos es la prioridad inmediata”, aclaró el científico a Infobae.

El cerebro se limpia de noche

El sistema glinfático usa el líquido cefalorraquídeo (el fluido que rodea y protege el cerebro) para arrastrar los desechos acumulados durante el día. Ese proceso ocurre principalmente durante el sueño profundo, y su mal funcionamiento se asocia con enfermedades neurológicas graves.

Las herramientas existentes para medirlo tienen serias limitaciones. La microscopía de dos fotones es invasiva, la resonancia magnética es costosa e incompatible con el sueño natural, y la polisomnografía solo está disponible en hospitales.

Esas barreras llevaron a los investigadores a buscar una alternativa portátil y domiciliaria.

Intentaron demostrar que los cambios en el contenido de agua del cerebro pueden monitorizarse de forma continua y no invasiva con un sistema de espectroscopía de infrarrojo cercano (NIRS) —una técnica que usa luz invisible para medir cambios en los tejidos—.

El parche que lee el cerebro mientras se duerme

El dispositivo tiene tres capas: una adhesiva para pegarse a la piel, un circuito impreso flexible con LEDs y un detector de luz, y una capa de silicona protectora.

Los LEDs emiten luz a 640, 680 y 950 nanómetros, y el fotodetector mide la hemoglobina oxigenada, la desoxigenada y la fracción de agua. Funciona de manera inalámbrica a través de Bluetooth, con una batería que permite unas 5,5 horas de operación continua.

Las señales del electroencefalograma (EEG) —actividad eléctrica del cerebro— y del electrooculograma (EOG) —movimientos oculares— se procesaron con un modelo híbrido de aprendizaje automático que alcanzó entre el 80 y el 90% de precisión en la clasificación de etapas del sueño.

La investigación se realizó con cuatro participantes a lo largo de 16 noches en sus propios domicilios.

Los resultados mostraron que el agua cerebral aumenta durante el sueño NREM —la fase profunda sin movimientos oculares rápidos— y disminuye durante el REM —la fase asociada a los sueños—.

Los desfases temporales entre los cambios en el agua y las transiciones de etapa del sueño fueron cercanos a cero segundos, lo que indica una coordinación estrecha entre ambas señales.

Los investigadores concluyeron que el estudio “demuestra la viabilidad del dispositivo NIRS portátil y flexible para capturar la dinámica del agua cerebral vinculada al sueño en entornos naturalistas”.

En la entrevista con Infobae, el doctor Yun contó que “el paso más difícil de la investigación fue intelectual, no técnico”.

El agua es “un absorbente óptico mucho más débil que la hemoglobina en estas longitudes de onda, así que estábamos tratando de extraer una señal pequeña de una mucho más grande. Durante años, no pudimos estar seguros de si lo que veíamos era fisiología real o simplemente ruido”, recordó.

Pero el punto de inflexión fue un trabajo anterior. “Demostramos que los cambios de agua cerebral dependientes del estado eran consistentes y reproducibles entre las distintas etapas del sueño. Eso nos dio la confianza de que la señal era real. Hacerlo flexible y portátil, junto con el profesor Yeo en el Instituto de Tecnología de Georgia, fue el segundo momento: la ingeniería para lograr que esta señal funcione en un dispositivo con el que alguien pueda dormir en casa”.

La voz del experto: qué significa limpiar el cerebro

En diálogo con Infobae, el especialista en medicina del sueño Daniel Pérez Chada, médico consultor del Servicio de Neumonología y profesor adjunto de Medicina del Hospital Universitario Austral, explicó el mecanismo detrás del hallazgo.

“El sueño es un proceso fisiológico crítico para la salud cerebral. El sistema glinfático permite el ‘lavado’ de desechos metabólicos del cerebro: es el mecanismo que tiene el cerebro para eliminar los productos que se acumulan mientras las neuronas trabajan”, afirmó.

“El líquido cefalorraquídeo entra al cerebro siguiendo el espacio que rodea a las arterias. Unas células llamadas astrocitos rodean los vasos sanguíneos y permiten que ese líquido se mezcle con el fluido que cubre a las neuronas y arrastre los desechos, a fin de evitar que se acumulen moléculas nocivas como la proteína beta amiloide, asociada al Alzheimer”, agregó.

Pérez Chada señaló que hasta ahora esa medición estaba fuera del alcance domiciliario. “La medición de cómo se mueve el agua en el cerebro durante el sueño estaba limitada a laboratorios de investigación, con métodos sofisticados y equipos invasivos”, precisó.

Sobre el dispositivo, el especialista dijo que “los investigadores de Estados Unidos y Corea del Sur diseñaron un sistema que integra LEDs de múltiples longitudes de onda y fotodetectores capaces de detectar cambios en la dinámica del agua cerebral sin necesidad de equipos invasivos”.

Para el experto, “eso permitiría establecer un posible correlato de la actividad glinfática, el sistema de limpieza del cerebro que se activa durante el sueño. Se sabe que el espacio entre las células cerebrales aumenta hasta un 60% durante el sueño, lo que permite que el líquido fluya con más facilidad y optimice ese lavado de desechos”.

“El estudio demostró que el agua en el cerebro varía según la etapa del sueño, especialmente durante el sueño profundo”, añadió. Y cerró con una valoración del potencial clínico del parche.

“El hecho de que este estudio use sensores no invasivos, que permitan mediciones en noches sucesivas en el domicilio del paciente y en su entorno habitual, podría servir como un biomarcador de la función glinfática”.