“
‘Que venimos a esta tierra a vivir es falso. No venimos sino a dormir, a soñar’.
- Poema azteca
Los humanos nos hemos preguntado durante mucho tiempo por qué dormimos. Probablemente, una mente prehistórica bien descansada se planteó la cuestión, mucho antes de que Galileo pensara en predecir el periodo del péndulo o en comprender a qué velocidad caen los objetos. ¿Por qué debemos ponernos en este estado potencialmente peligroso, que consume aproximadamente un tercio de nuestra vida adulta y aún más de nuestra infancia? Y no lo hacemos a regañadientes: ¿por qué, junto con los perros, los leones y prácticamente todos los demás animales, aparentemente lo disfrutamos? A diferencia de la medición del periodo del péndulo, los científicos tendrían que esperar mucho más tiempo para obtener respuestas fiables, ya que no es tan fácil dormir mientras nos observan extraños. Hacerlo implica construir clínicas de trastornos del sueño para humanos y estructuras elaboradas, como ornitorrincos, para observar el reposo REM (movimiento ocular rápido) de los ornitorrincos.
En las últimas décadas, se han recopilado enormes cantidades de datos sobre la duración de los estados del sueño en todas las especies, así como desde el nacimiento hasta la edad adulta en los seres humanos. Estos hallazgos también se han cotejado con posibles correlaciones como la melatonina, el tamaño del cerebro, la tasa metabólica, la esperanza de vida y los genes y neuronas que promueven el sueño. Aun así, hasta hace muy poco hemos carecido de una teoría cuantitativa que pueda predecir, por ejemplo, por qué los ratones duermen aproximadamente 10 veces más al día que las ballenas; por qué los bebés humanos duermen aproximadamente el doble que los adultos; por qué los tiempos de sueño REM y total cambian mucho más deprisa a medida que crece el tamaño de un bebé que con diferencias de tamaño similares entre especies; y por qué la temperatura afecta a los tiempos de sueño en animales de sangre fría como la mosca de la fruta. Aunque se han hecho grandes progresos en el desarrollo de modelos sofisticados y en la explicación de fenómenos como los ritmos circadianos, el desfase horario y los detalles de las grabaciones de EEG del cerebro dormido, estos avances se ven desmentidos por la dificultad de desarrollar una teoría cuantitativa general de por qué dormimos.
Por qué dormimos?
Nuestro trabajo ha empezado a llenar este vacío. Armado con un nuevo enfoque matemático de la cuestión de por qué dormimos, nuestro marco conduce a formas totalmente nuevas de comprender los datos del sueño y responder a sus preguntas básicas. Es posible que muchos estudios anteriores fracasaran porque estaban más preocupados por catalogar los innumerables aspectos y propiedades del sueño, que por precisar para qué servía. Por el contrario, los patrones regulares predichos por nuestras ecuaciones, y respaldados por datos empíricos, se derivan de nuestro interés por determinar la función primaria del sueño. Equipados con conocimientos sobre el papel del metabolismo y el estatus especial del cerebro, hemos descubierto un cambio abrupto y sorprendente en la función del sueño desde la infancia hasta la edad adulta, y esperado en gran parte del reino animal: una transición de fase tan rápida como la congelación del agua para convertirse en hielo.
En 1894, Marie de Manacéine, una de las primeras médicas rusas, publicó un sorprendente artículo en el que demostraba que los cachorros que no dormían nada morían a los pocos días. Sus experimentos se realizaron con 10 cachorros de entre dos y cuatro meses de edad, alimentados por sus madres y bien cuidados por lo demás. Como medida de control, privó a otros cachorros de comida, pero no de sueño. Estos perros recuperaron la salud tras pasar hambre entre 20 y 25 días, mientras que los privados de sueño estaban “irremediablemente perdidos” tras sólo cuatro o seis días. Sus conclusiones fueron claras: “la ausencia total de sueño es más fatal para los animales que la ausencia total de comida”.
Aunque su metodología no cumple las normas éticas o experimentales actuales, sus resultados se han visto confirmados por otras observaciones y estudios más rigurosos realizados en los años posteriores: la privación prolongada de sueño puede provocar la muerte no sólo en perros, sino también en ratas, moscas de la fruta y posiblemente incluso en humanos, debido a una enfermedad conocida como insomnio mortal. Este aterrador síndrome implica un estado de insomnio que empeora progresivamente y que conduce a la muerte en uno o dos años. Es el resultado de una mutación del gen que codifica la proteína priónica, similar a la mucho más conocida “enfermedad de las vacas locas”. No existe cura conocida.
Una persona que duerme menos de seis horas cada noche tiene un riesgo de mortalidad un 13 por ciento mayor
Como señaló Manacéine en el párrafo inicial de su artículo: ‘Hechos de este tipo demuestran claramente que la privación de sueño produce una influencia de lo más nociva’. Sin llegar al insomnio mortal, la privación de sueño conduce invariablemente a un estado alterado de conciencia que se manifiesta en disfunciones como pérdida de memoria, confusión, irritabilidad, alucinaciones, depresión e incluso demencia. El examen de animales que han muerto por privación de sueño muestra graves daños en el tejido cerebral, como hemorragias locales y degeneración de los ganglios cerebrales. Sin embargo, la privación del sueño sigue utilizándose como herramienta de interrogatorio, y sus defensores afirman que no es “tortura”.
La idea de que dormir lo suficiente es un ingrediente crucial para la buena salud -tan crucial como una buena alimentación- es una idea que muchas sociedades han tardado en adoptar. Las presiones y el ritmo del estilo de vida moderno ciertamente no fomentan prácticas de sueño saludables, ya sea por las presiones del trabajo o por el omnipresente aumento del insomnio inducido por la ansiedad. Quizá uno de los pocos aspectos positivos que han surgido de la pandemia del COVID-19 es que los médicos y los expertos en salud han instado públicamente a la gente a dormir lo suficiente para mantener y fomentar un sistema inmunitario robusto.
Individual o colectivamente, muchos de nosotros nos hemos resistido a reconocer la importancia central del sueño para nuestra salud a largo plazo. De media, una persona que duerme menos de seis horas cada noche tiene un riesgo de mortalidad 13 por mayor que alguien que duerme entre siete y nueve horas. Se calcula que la privación generalizada del sueño cuesta a la economía estadounidense más de 400.000 millones de dólares al año como consecuencia de una mayor mortalidad y una menor productividad. A la luz de estas repercusiones, resulta sorprendente que ninguno de los 28 institutos que componen los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU. se dedique explícitamente al sueño, y que algunas de las ayudas más importantes procedan de un centro nacional dedicado a la investigación de los trastornos del sueño alojado en el Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre de EE.UU.. Esto refleja el papel relativamente menor que ha desempeñado la investigación del sueño en las comunidades académica y médica, al menos hasta hace poco. Aunque no existe un “Instituto Nacional del Sueño”, al menos la investigación sobre el sueño está empezando a recibir un apoyo más enérgico en todo el mundo.
En los últimos años, la investigación neurobiológica ha revelado muchos de los mecanismos subyacentes implicados en el sueño. Se han identificado hormonas, células y enzimas cuyos niveles de actividad y expresión varían durante el sueño y entre los estados de sueño y vigilia. Hemos aprendido mucho sobre la fisiología, la anatomía y la bioquímica del sueño. En este sentido, cuando decimos que entendemos por qué dormimos, lo que realmente queremos decir es que entendemos qué nos hace tener sueño, cómo dormimos y qué disfunciones provoca la falta de sueño.
Pero todo esto no es suficiente.
Pero todo esto deja sin respuesta la cuestión más fundamental de por qué necesitamos dormir en primer lugar. ¿Cuál es, de hecho, la función del sueño? Pasamos aproximadamente un tercio de nuestra vida durmiendo, pero no sabemos por qué lo necesitamos. Y si intentamos no hacerlo, las consecuencias son nefastas. ¿Por qué necesitamos aproximadamente ocho horas de sueño por noche, y no podemos arreglárnoslas con sólo tres o cuatro, como un elefante, o con menos de dos, como un cachalote? Y a medida que pasamos de la infancia a la edad adulta, ¿por qué disminuyen nuestras necesidades de sueño desde la friolera de 16 horas diarias cuando somos bebés (comparable con el sueño de un ratón o una musaraña mucho más pequeños), hasta las canónicas ocho horas en la madurez? ¿De dónde proceden estas distintas escalas de tiempo y por qué?
Entender los orígenes del sueño es especialmente enojoso, ya que el sueño apenas parece conferir ninguna ventaja evolutiva. Más bien al contrario: ¿por qué un organismo entraría en un estado inconsciente y vulnerable durante varias horas si no lo necesitara? Existe el problema de hacer frente a la noche, así que quizá el sueño evolucionó sólo para adaptarse a los retos de la oscuridad. Por otra parte, muchos animales son nocturnos. Además, mamíferos como los ratones y las musarañas duermen mucho más que la duración de la noche; otros, como los elefantes y las ballenas, mucho menos. Por último, la duración de la noche varía significativamente según las estaciones y la latitud, así que ¿por qué debería el tiempo de sueño humano haberse establecido en un valor aproximadamente “universal” de unas ocho horas?
Una explicación intuitiva del sueño, fácil de rechazar, es que es necesario para conservar energía, para descansar y restaurar nuestro cuerpo. Mientras dormimos, nuestro metabolismo medio disminuye, pero sólo en un 15%, es decir, unas míseras 100 calorías alimentarias por noche, el equivalente a una rebanada de pan con mantequilla. Eso no parece suficiente para justificar las complejidades, vulnerabilidades y desafíos del sueño.
Es necesario que haya un tiempo de inactividad dedicado. Después de todo, sería una temeridad hacer reparaciones en tu coche mientras lo conduces
No obstante, en general se cree que una de las dos funciones principales del sueño es reparar el desgaste de la vida, el daño que es un subproducto de los procesos metabólicos que nos mantienen vivos. Desde los seres humanos hasta los cangrejos ermitaños, la vida se sustenta mediante redes -como el sistema cardiovascular- que transportan energía metabólica a todas las escalas, dando servicio y alimentando células, mitocondrias, genomas y otras unidades intracelulares. Y al igual que la fricción de los coches y camiones en las autopistas o el movimiento del agua a través de las tuberías provocan daños y deterioro continuos, lo mismo ocurre con la sangre, los recursos, las células y la energía que fluyen por nuestras redes. Además del conocido sistema circulatorio, existen redes análogas de reacciones bioquímicas en las mitocondrias -fuente fundamental de nuestra energía- que dañan nuestro organismo produciendo radicales libres. Un radical libre es cualquier átomo o molécula que tiene un electrón no apareado que, a su vez, lo hace altamente volátil y destructivo. Los antioxidantes, como el chocolate negro y los arándanos, actúan como amortiguadores protectores de este tipo de daños. Así pues, el daño que el sueño ayuda a reparar es el resultado tanto del flujo sanguíneo como de las fuerzas bioquímicas. De hecho, es aleccionador darse cuenta de que los mismos sistemas que nos sostienen también están degradando continuamente nuestros cuerpos.
Otra función importante del sueño es la reparación de los daños causados por el estrés.
Otra función importante del sueño es reorganizar y reconfigurar las conexiones neuronales de nuestro cerebro para responder a las innumerables entradas sensoriales que recibimos continuamente. Éstas proceden tanto del entorno externo como de estímulos internos de nuestro propio cuerpo, como los latidos de nuestro corazón y las señales de nuestro intestino. Este procesamiento diario continuo es un componente fundamental del aprendizaje y la memoria. Para mantenerse eficiente y eficaz, también implica la poda de sinapsis poco utilizadas, la reorganización y el descarte de vías y conexiones antiguas, y la construcción de otras nuevas. En consecuencia, cada pensamiento fugaz, cada sueño, cada idea nueva es una reconfiguración potencial de tu cerebro que sólo puede producirse mediante el uso de energía metabólica.
Sin embargo, estas dos funciones de tu cerebro son diferentes.
Aunque estas dos funciones -reparación y reorganización del cerebro- reflejan diferentes razones por las que necesitamos dormir, comparten dos propiedades principales. En primer lugar, ambas están directamente relacionadas con el metabolismo, ya que la energía metabólica alimenta tanto la reorganización de las redes neuronales como la reparación de los daños causados por los subproductos de la producción y el suministro de energía. Un segundo rasgo común es que ambos suceden en un cerebro que, en esencia, nunca sustituye neuronas (a diferencia de la mayoría de los demás órganos y tejidos, cuyas células se sustituyen y regeneran continuamente). Dado que las neuronas dañadas casi nunca se sustituyen, deben repararse fielmente, para permitir y preservar la memoria y el aprendizaje, manteniendo al mismo tiempo la integridad de un cerebro multicomponente.
Por estas razones, la reparación eficaz de las neuronas dañadas es esencial.
Por estas razones, la reparación y reorganización eficaces de las neuronas del cerebro no pueden producirse sin alterar las funciones normales del organismo. En consecuencia, es necesario que haya un tiempo de inactividad dedicado. Al fin y al cabo, sería temerario y probablemente peligroso hacer reparaciones en tu coche mientras lo conduces. Por eso paras el motor y lo llevas a un mecánico. Del mismo modo, las reparaciones importantes de las carreteras del centro o de los sistemas de metro, la limpieza de la basura de la ciudad y las actualizaciones de los sistemas y redes informáticos suelen realizarse por la noche o los fines de semana, cuando hay muchos menos usuarios. Este razonamiento es la razón por la que nuestros cerebros y cuerpos aparentemente “se apagan” cuando se llevan a cabo la mayoría de las reparaciones y reorganizaciones necesarias, dejando menos posibilidades de conflictos e interrupciones potenciales en nuestras operaciones cotidianas. Y por eso necesitamos tiempo para dormir.
En cuanto a tu cerebro, sigues siendo “tú” durante la mayor parte de tu vida. Pero esto sólo puede asegurarse si el daño celular del cerebro se repara fielmente para mantener su integridad e identidad a largo plazo. Si no, “tú” empezarás a transformarte en otra persona u otra cosa, como de hecho ocurre con bastante rapidez si estás muy privado de sueño. En cambio, no es tan importante reparar tan concienzudamente nuestros otros órganos y tejidos. De hecho, fueron las lesiones y hemorragias cerebrales que aparecieron en los estudios iniciales de Manacéine y otros los que nos dieron los primeros indicios de que el sueño es principalmente para el cerebro. El hecho de que el cerebro absorba más del 20% de toda la energía utilizada por nuestro cuerpo, aunque sólo constituya alrededor del 2% de su masa, lo confirma. El cerebro consume más que su parte porque necesita procesar la información sensorial y hacer funcionar nuestro cuerpo, así como reparar y reorganizar esas redes neuronales mientras dormimos.
Las exigencias de la reparación fiel y de la reorganización neuronal proporcionan un poderoso punto de partida para desarrollar una teoría cuantitativa del sueño debido a cómo se relacionan con la tasa metabólica. El creciente interés por el sueño y el reconocimiento de su papel central en la buena salud han estimulado muchos estudios que han iluminado la naturaleza de cómo y por qué nos dormimos. Sin embargo, ha tardado mucho más en surgir un marco teórico completo -cuantitativo y predictivo- para comprender por qué necesitamos dormir. ¿Cuáles son las escalas temporales del sueño que explican por qué los humanos necesitamos ocho horas y los elefantes sólo tres? ¿Cuál es el papel relativo de la reparación y la reorganización neuronal? ¿Cómo cambian a medida que pasamos de ser bebés a adultos? Necesitamos un marco para empezar a descifrar estos misterios.
El metabolismo se alimenta del oxígeno que llega de los pulmones a las células a través del sistema cardiovascular. En todos los animales, desde los ratones hasta los elefantes, y a lo largo del desarrollo, desde los bebés hasta los adultos, existen características comunes de los sistemas cardiovasculares que permiten describirlos y comprenderlos dentro de un marco general. Estas características surgen debido a propiedades biológicas fundamentales, como la minimización de la potencia de bombeo de la sangre, la necesidad de redes ramificadas para abarcar todo el cuerpo y alimentar todas las células, y de disponer de capilares de tamaño y estructura similares por los que fluyen los glóbulos rojos para suministrar oxígeno a las células. Juntas, estas propiedades conspiran para crear uno de los patrones más omnipresentes en toda la biología que se conoce como escala biológica o alométrica.
Los animales grandes necesitan dormir menos que los pequeños, y los adultos necesitan menos que los bebés
En pocas palabras, esto significa que casi todos los ritmos y tiempos fisiológicos -desde la duración de la vida hasta el crecimiento de la población, pasando por la renovación celular y los embarazos- cambian con el peso corporal de forma sistemáticamente predictiva, lo que matemáticamente se denomina “escala de cuarto de potencia”. Por ejemplo, un elefante es 10.000 veces más pesado que una ardilla, por lo que, como consecuencia de estas leyes de escalado, vive aproximadamente 10 veces más, crece unas 10 veces más despacio, tiene células que se reemplazan aproximadamente con una décima parte de frecuencia y pasa unas 10 veces más tiempo embarazada antes de dar a luz. Las ballenas, las jirafas, los humanos y los gatos pueden tener un aspecto muy diferente y vivir en entornos muy distintos, pero todos seguimos estas mismas reglas básicas, limitaciones y compensaciones en lo que respecta a nuestros tamaños, debido al proceso continuo de selección natural y a la ascendencia compartida. En consecuencia, cuanto más grande es el mamífero, más lento es su ritmo de vida: los tiempos se alargan y los ritmos se ralentizan con el tamaño corporal de forma sistemática y predecible.
A pesar de la ubicuidad de estas relaciones de escala, el sueño es una excepción notable y, de hecho, fue lo que primero nos dio una pista sobre las nuevas percepciones acerca de la función del sueño y la necesidad de analizar los datos de formas novedosas. En concreto, aunque el tiempo total de sueño cambia con el tamaño corporal de los distintos animales o a medida que crecen los bebés, no sigue el patrón anterior: ¡los tiempos de sueño no aumentan con el tamaño corporal, sino que disminuyen! Por ejemplo, una extrapolación ingenua de las leyes de la escala nos llevaría a esperar que un elefante duerma 10 veces más que una ardilla. Pero los elefantes no sólo duermen bastante menos que las ardillas, sino que la diferencia es de un factor de unos cuatro o cinco, no de 10. Del mismo modo, un niño pequeño duerme menos que un recién nacido, no más.
Este resultado extremadamente desconcertante va en dirección opuesta, y a un ritmo diferente, a todos los tiempos biológicos que nosotros y otros hemos estudiado durante décadas. Después de rascarnos mucho la cabeza, llegamos a dos hipótesis que cambian el paradigma para explicar potencialmente este dilema.
En primer lugar, la inversión de la relación entre el tamaño y el tiempo de sueño tiene sentido si recordamos cómo se vincula el sueño con el metabolismo. El sueño actúa para contrarrestar el daño causado por la producción de energía, y el sueño también es reactivo a los estímulos mediante la reorganización neuronal necesaria para codificar la información procesada del entorno. Además, tanto el trabajo contrarrestante de reparación como el reactivo de reorganización se producen a ritmos determinados por el metabolismo. Aunque la tasa metabólica de todo el cuerpo aumenta con el tamaño de un animal -ya sea observando especies de diferentes tamaños, o a medida que aumenta el tamaño a medida que crecemos-, según las relaciones de escala alométrica, lo hace de tal modo que la tasa metabólica por gramo de tejido disminuye con el tamaño corporal. En consecuencia, cuando un animal es más grande, sufre menos daños en un volumen fijo de tejido o células. Por tanto, necesita menos energía y, en consecuencia, menos tiempo de sueño para llevar a cabo la reparación.
En segundo lugar, la tasa metabólica por gramo de tejido disminuye con el tamaño corporal.
En segundo lugar, el hecho de que la tasa de cambio no siga un patrón de escalado de un cuarto de potencia puede explicarse si la tasa metabólica no fuera fijada por todo el cuerpo, sino por alguna parte del cuerpo que escala de forma inusual en relación con el tamaño corporal. Lo que nos lleva de nuevo al cerebro: a diferencia de la mayoría de los demás órganos y tejidos, como el corazón, hace tiempo que se ha observado que el tamaño del cerebro varía de forma no lineal con el tamaño corporal en todas las especies y a medida que crecen los bebés. Esto significa, por ejemplo, que el cerebro de un elefante es sólo unas 1.000 veces mayor que el de una ardilla, y no las 30.000 veces mayor que cabría esperar a partir de la escala lineal de sus pesos corporales, como se observa en otros órganos y tejidos como el corazón.
El cerebro de un elefante es sólo unas 1.000 veces mayor que el de una ardilla.
Con estas dos ideas, hicimos un cálculo aproximado para ver si la reparación y la reorganización reaccionaban a los procesos metabólicos del cerebro (que se escala más lentamente que todo el cuerpo) y podían explicar el antiguo enigma de cómo cambian los tiempos de sueño: por qué los animales grandes necesitan dormir menos que los pequeños y por qué los adultos necesitan menos que los bebés. Nos encantó ver que los resultados eran correctos, y fue entonces cuando empezamos a tomarnos en serio estas ideas para elaborar una teoría del sueño rigurosa, cuantitativa y predictiva.
Bdebido a nuestras investigaciones anteriores, estábamos bien situados para desarrollar las ecuaciones que expresaran el papel del metabolismo en la reparación y reorganización mientras se duerme. Anteriormente, mientras trabajábamos en teorías sobre el envejecimiento y la esperanza de vida, habíamos calculado estimaciones de cuánto daño produce el metabolismo. Nuestra nueva teoría sobre el sueño era una consecuencia de ello: cualquier daño que sufriéramos estando despiertos debía equilibrarse con la energía necesaria para reparar ese daño durante el sueño. Contextualizamos esta idea observando tanto el cerebro como el cuerpo, para averiguar qué revelaban las relaciones de escala sobre cuál de los dos desempeñaba el papel dominante en la explicación del sueño.
Esto nos permitió comprender mejor la relación entre el cerebro y el cuerpo.
Esto nos permitió deducir la ecuación fundamental que relacionaba el tiempo de sueño con el tiempo de vigilia. A partir de ahí, fue una simple manipulación algebraica descubrir que la mejor forma de expresar y probar la nueva teoría era centrarse en cómo la relación entre el tiempo total de sueño y el tiempo total despierto cambiaba con el tamaño del cerebro (o del cuerpo). Esto representaba un cambio significativo, ya que las investigaciones anteriores sólo se habían centrado en el tiempo de sueño o de vigilia en términos absolutos, no relativos. Además, nuestras ecuaciones también exigían que, al probar nuestra teoría, el espacio adecuado para trazar los datos fuera logarítmico, es decir, un espacio en el que el paso de uno a 10 es la misma distancia que de 10 a 100, o de 100 a 1.000. Estas sencillas manipulaciones y transformaciones matemáticas -cocientes de tiempos y logaritmos de variables- significaban que trazaríamos los datos de una forma completamente distinta a como lo habían hecho los investigadores antes que nosotros.
Para comprobar nuestra teoría, el espacio adecuado para trazar los datos era el logarítmico.
Para probar nuestra teoría, empezamos analizando el mayor conjunto de datos existente sobre tiempos de sueño de mamíferos adultos, que abarcaba desde ratones hasta elefantes. Cuando estos datos se trazaron de acuerdo con nuestra teoría, nos encantó comprobar que se escalaban tal como habíamos predicho para el caso de que el sueño sirviera principalmente para reparar el cerebro. Y esto no sólo era cierto para el tiempo total de sueño. En todas las especies, también pudimos predecir la fracción de sueño REM y la escala del tiempo del ciclo de sueño, es decir, el tiempo que se tarda en pasar del sueño REM al sueño no REM. Esto fue muy satisfactorio y nos dio la seguridad de que habíamos encontrado el mecanismo correcto y la teoría correcta de por qué necesitamos dormir. De hecho, habíamos obtenido una fórmula matemática de cuánto tiempo duermen los animales adultos.
Como prueba adicional, más tarde nos preguntamos si la teoría se aplicaría también a cómo cambia el sueño a medida que los individuos crecen. Todos sabemos que los recién nacidos y los niños duermen mucho más que los adultos, pero ¿se corresponde esto con las tasas y magnitudes de los cambios que observamos en las distintas especies? ¿La disminución de los tiempos de sueño durante el crecimiento refleja la disminución de los tiempos de sueño en los mamíferos de tamaño creciente? Tras el desarrollo de la teoría, aparecieron nuevos datos sobre los tiempos totales de sueño, los tiempos de sueño REM, el tamaño del cerebro y otras propiedades desde el nacimiento humano hasta la edad adulta, a medida que el interés por comprender el sueño fue ganando atractivo científico y popular.
La finalidad del sueño pasa de la reorganización neuronal en la infancia a la reparación una vez que somos adultos
Con gran expectación, nosotros y nuestros colaboradores trazamos los nuevos datos, y nos decepcionó comprobar que la escala de los tiempos de sueño de los niños es sustancialmente diferente de los resultados que habíamos encontrado en todas las especies. Claramente, nuestra teoría no era correcta cuando se aplicaba a niños en crecimiento. Nuestra confusión aumentó cuando observamos además que la cantidad de sueño REM cambia profundamente a medida que crecemos. Esto contrasta notablemente con el hecho de que el tiempo de sueño REM apenas cambia entre especies. Como sorpresa final, también descubrimos que la tasa metabólica cerebral y la tasa de formación de sinapsis (las conexiones entre neuronas) se escalaban de forma radicalmente distinta a lo que esperábamos.
Estas cambian de forma significativa a medida que crecemos.
Estos descubrimientos reforzaron nuestra fascinación por lo curioso y biológicamente inusual que es el proceso del sueño. Sin embargo, también dejaron claro, y esencialmente “demostraron”, que la razón por la que necesitamos dormir cuando crecemos parece ser fundamentalmente distinta de la razón por la que necesitamos dormir cuando somos adultos, y por qué el sueño varía según las especies. Así que, trabajando con nuestros colaboradores Junyu Cao, Alex Herman y Gina Poe, que son expertos en sueño y estadística, volvimos a una versión alternativa de la teoría, basada en la idea de que el sueño servía principalmente para la reorganización neuronal para procesar la información entrante del día. Desde esta perspectiva, el sueño sigue teniendo que ver con el cerebro y su actividad metabólica, de forma muy parecida a la teoría de la reparación para los animales adultos. La gran divergencia que se manifiesta durante la primera infancia se debe a que la forma en que el cerebro crece en nuestros primeros años es en sí misma muy inusual en comparación con los procesos del cerebro adulto. En particular, la formación de sinapsis y la tasa metabólica cerebral aumentan increíblemente rápido en estas etapas tempranas: una duplicación del tamaño del cerebro da lugar a una cuasi cuadruplicación de la densidad de sinapsis y de la tasa metabólica cerebral.
Basándonos en estos conocimientos, ampliamos nuestra teoría para que la función principal del sueño durante los primeros años de vida fuera la reorganización neuronal y no sólo la reparación. Y, voilà, pudimos predecir las relaciones observadas sobre cómo el tiempo total de sueño y el tiempo de sueño REM cambian con el tamaño del cerebro y la tasa metabólica durante el desarrollo temprano.
Comparar nuestros hallazgos entre especies con los del crecimiento nos llevó a una última pregunta. Si el objetivo del sueño pasa de ser la reorganización neuronal en la infancia a la reparación en la edad adulta, ¿cuándo se produce exactamente esa transición y cómo de repentina es? Armados con nuestra nueva teoría y los datos sobre el desarrollo humano, pudimos responder a esta pregunta con una precisión sorprendente: la transición se produce cuando somos extremadamente jóvenes, aproximadamente a los 2,5 años de edad, y ocurre de forma extremadamente brusca, como si el agua se congelara a 0°C.
Este sorprendente resultado nos ha encantado. En primer lugar, nos dio una apreciación aún mayor de la importancia crítica del sueño: nunca más subestimaríamos su importancia para nuestros hijos, especialmente en sus primeros años de vida, cuando su sueño está haciendo algo tan fundamentalmente diferente y extraordinariamente importante, algo que aparentemente no se puede compensar más adelante en la vida. En segundo lugar, habíamos descubierto que estos dos estados del sueño, aunque parecían notablemente similares desde fuera, son en realidad análogos a estados de la materia completamente distintos antes y después de la cruda línea divisoria de los 2,5 años de edad. Antes de los 2,5 años, nuestro cerebro es más fluido y plástico, lo que nos permite aprender y adaptarnos rápidamente, de forma similar al estado del agua que fluye alrededor de los obstáculos. Después de 2,5 años, nuestros cerebros son mucho más cristalinos y congelados, aún capaces de aprender y adaptarse, pero más parecidos a glaciares que se desplazan lentamente por un paisaje.
Aún quedan muchas preguntas por responder. ¿En qué medida varía el sueño entre humanos y entre especies? ¿Puede prolongarse esta fase fluida temprana del sueño? ¿Se prolonga o acorta ya esta fase en algunos individuos, y qué costes o beneficios se asocian a ello? ¿Qué otras funciones del sueño se han añadido a las funciones primarias de reparación y reorganización neuronal? ¿Cómo compiten o se reparten el tiempo de sueño las distintas razones para dormir, ya sea a lo largo de las edades o incluso dentro de una misma noche? Se necesitará mucho más trabajo para desentrañar por completo los misterios del sueño, pero nuestros conocimientos recientes -sobre los cambios basados en la edad en la finalidad del sueño y las teorías matemáticas y predictivas que los cuantifican- representan una herramienta esencial para sondear aún más estas profundidades.
”
•••
Es profesor de ecología, biología evolutiva y medicina computacional en la Universidad de California, Los Ángeles. También es miembro externo del profesorado del Instituto Santa Fe.
is a theoretical physicist. He is Shannan Distinguished Professor and past president at the Santa Fe Institute. He also holds a visiting position at the University of Oxford. His latest book is Scale: The Universal Laws of Life and Death in Organisms, Cities and Companies (2017).
