Cuando dormimos, normalmente tenemos los ojos cerrados. Sin embargo, hay mucha actividad bajo nuestros párpados cerrados: un equipo de investigadores dirigido por Caroline Lustenberger, Sarah Meissner y Nicole Wenderoth, del Laboratorio de Control del Movimiento Neuronal de la ETH de Zúrich, ha observado que el tamaño de la pupila fluctúa constantemente durante el sueño.

La pupila durante el sueño

A veces se agranda, a veces se encoge; a veces estos cambios se producen en cuestión de segundos, a veces sólo en el transcurso de varios minutos. «Esta dinámica refleja el estado de excitación o el grado de activación cerebral en las regiones responsables de la regulación sueño-vigilia «, afirma Lustenberger. «Estas observaciones contradicen la suposición anterior de que el nivel de excitación durante el sueño es generalmente bajo».

Por el contrario, estas fluctuaciones en el tamaño de las pupilas demuestran que el propio cerebro cambia constantemente entre un nivel más alto y más bajo de activación durante el sueño. Estos nuevos hallazgos también confirman para los humanos lo que otros grupos de investigación han descubierto recientemente en estudios sobre roedores, que también muestran fluctuaciones lentas en el nivel de activación (conocido en el mundo científico como arousal). El estudio de los investigadores de la ETH se ha publicado recientemente en la revista Nature Communications.

La dinámica pupilar no sólo está relacionada con las distintas fases del sueño

Las regiones del cerebro que controlan el estado de excitación se encuentran en las profundidades del tronco encefálico. Por eso ha sido difícil medir directamente estos procesos en humanos durante el sueño. Los métodos existentes son técnicamente exigentes y aún no se han establecido en este contexto. Por ello, el estudio de los investigadores del ETH se basa en la medición de las pupilas. Se sabe que las pupilas indican el estado de activación cuando una persona está despierta. Por tanto, pueden utilizarse como marcadores de la actividad en regiones más profundas del cerebro.

Los investigadores de la ETH desarrollaron un nuevo método para investigar los cambios en las pupilas de los seres humanos durante el sueño: mediante una técnica adhesiva especial y un esparadrapo transparente, pudieron mantener abiertos los ojos de los sujetos de prueba durante varias horas. «Nuestra principal preocupación era que los sujetos no pudieran dormir con los ojos abiertos. Pero en una habitación oscura, la mayoría de la gente se olvida de que sus ojos siguen abiertos y puede dormir», explica el autor principal del estudio, Manuel Carro Domínguez, que desarrolló la técnica.

El análisis de los datos mostró que la dinámica de las pupilas no sólo está relacionada con las distintas fases del sueño, sino también con patrones específicos de actividad cerebral, como los husos de sueño y las ondas de sueño profundo, ondas cerebrales importantes para la consolidación de la memoria y la estabilidad del sueño. Los investigadores también descubrieron que el cerebro reacciona a los sonidos con distinta intensidad según el grado de activación, que se refleja en el tamaño de la pupila.

Un regulador central del nivel de activación es una pequeña región del tronco encefálico, el llamado locus coeruleus. En animales, los científicos han demostrado que es importante para la regulación de las fases del sueño y la vigilia. Los investigadores de la ETH no pudieron demostrar en este estudio si el locus coeruleus es realmente responsable directo de los cambios en la pupila. Los expertos se limitaron a observar cambios en la pupila relacionados con el grado de activación cerebral y la actividad cardiaca.

En un estudio de seguimiento, los investigadores quieren tratar de influir en la actividad del locus coeruleus con medicación para investigar cómo afecta esto a la dinámica pupilar. Esperan averiguar si esta región cerebral es realmente responsable del control de las pupilas durante el sueño y cómo afectan los cambios en el nivel de activación al sueño y sus funciones.

Utilizar la dinámica pupilar para diagnosticar enfermedades

Comprender la dinámica de las pupilas durante el sueño también podría aportar datos importantes para el diagnóstico y tratamiento de los trastornos del sueño y otras enfermedades. Por ello, los investigadores quieren averiguar si los cambios en la pupila durante el sueño pueden indicar trastornos funcionales del sistema de excitación. Entre ellos figuran trastornos como el insomnio, el trastorno de estrés postraumático y, posiblemente, la enfermedad de Alzheimer.

Otro objetivo es que la tecnología pueda utilizarse fuera de los laboratorios del sueño, por ejemplo en hospitales, donde podría ayudar a controlar la vigilia de pacientes en coma o diagnosticar trastornos del sueño con mayor precisión. Así pues, la pupila como ventana al cerebro podría allanar el camino a nuevas posibilidades en medicina del sueño y neurociencia.