Cómo el cerebro “sugiere” la fatiga: dinámica fMRI durante el sueño

Un estudio del equipo del profesor II Gaez de la Universidad del Sur de California (USC), publicado en iScience, demuestra nuevos marcadores de neuroimagen objetivos que pueden detectar la aparición de somnolencia en una etapa temprana, antes de que una persona esté completamente dormida.

Tarea y relevancia

El microsueño y la pérdida momentánea de atención provocan cientos de accidentes de tráfico y lesiones laborales. Hasta ahora, ha sido difícil predecir el momento exacto en que uno se queda dormido mediante cuestionarios subjetivos o un electroencefalograma. En este estudio, los investigadores analizaron si es posible detectar el inicio del Periodo de Inicio del Sueño (PSI) mediante cambios en la señal BOLD en la resonancia magnética funcional.

¿Por qué es esto importante?

• Diagnóstico temprano de la fatiga. La identificación de neuromapas precisos facilita el desarrollo de métodos de monitorización de conductores y operadores, previniendo accidentes por microsueño.
• Investigación del sueño. La dinámica de las oscilaciones lentas BOLD podría convertirse en un biomarcador objetivo del inicio del SOP, complementando las pruebas psicológicas y electrofisiológicas.
• Neuromodulación: Dirigir la neuroestimulación al tálamo o a las redes de atención podría prolongar la vigilia en situaciones críticas sin farmacología.

«Hemos demostrado por primera vez que la transición a la somnolencia se acompaña de cambios claros y reproducibles en las fluctuaciones lentas de la señal BOLD», comenta II Gaez. «Esto abre la puerta a la monitorización objetiva de la fatiga mediante neuroimagen».

Diseño experimental

1. Cuórum de voluntarios: 20 participantes sanos (10 hombres/10 mujeres, de 22 a 35 años) sin trastornos del sueño.
2. Dormir en el escáner de resonancia magnética: los sujetos permanecieron acostados con los ojos cerrados y se les permitió dormir libremente con el escáner reproduciendo ruido de fondo (80 dB).
   • EEG (electrodos propios en el escáner),
   • EOM (amplitud del movimiento ocular),
   • Cámara de vigilancia de párpados.
3. Definición de SOP: por la combinación de párpados semicerrados, enlentecimiento de los ritmos EEG y, por primera vez, por cambios en los parámetros BOLD.

Análisis detallado de la señal BOLD

• Fluctuaciones de baja frecuencia (0,03–0,07 Hz): en las primeras etapas del SOP, la amplitud de estas oscilaciones aumentó entre un 30 y un 50 % en
  • tálamo (coordinación de la vigilia),
  • corteza occipital (procesamiento visual),
  • nodos de la red neuronal por defecto (DMN): corteza prefrontal medial y PCC.
• Conectividad funcional:
  • Tálamo ↔ corteza prefrontal: aumentó un 20%, lo que indica una mayor “traducción” de las señales del sueño a la corteza.
  • Red de atención (DAN): Las conexiones entre los lóbulos parietal y frontal se redujeron en un 15%, lo que refleja un debilitamiento de la orientación externa.

Correlación con la fatiga

• Diferencias individuales: Los participantes con menos sueño de 24 horas (<6 h) mostraron un aumento más temprano y más pronunciado en las oscilaciones de baja frecuencia.
• Datos de comportamiento: Los primeros signos de microsueño (respuesta retardada a una tarea visual simple en la resonancia magnética) coincidieron con la amplitud máxima del eje BOLD tálamo-DMN.

Posibles aplicaciones

1. Monitoreo de conductores y operadores: transferencia de hallazgos de fMRI a dispositivos portátiles de fMRI o EEG para alerta temprana de fatiga.
2. Horarios de trabajo personalizados: tener en cuenta el “umbral” SOP individual a la hora de planificar turnos y descansos, reduciendo la siniestralidad.
3. Terapia del sueño: evaluación de los efectos de la cafeína, las siestas cortas y la neuromodulación (estimulación magnética transcraneal) para ralentizar los cambios BOLD.

Citas de los autores

“Hemos demostrado por primera vez cómo las oscilaciones lentas de BOLD en el tálamo y la corteza predicen el inicio del sueño”, comenta el profesor Gaez. “Esto abre la puerta al desarrollo de una "visión fisiológica" objetiva para monitorizar el estado de alerta”.

“Nuestros hallazgos nos permiten replantear la gestión de la fatiga: ya no basta con preguntar ‘¿Cómo dormiste?’; necesitamos poder ‘ver’ el cerebro”, añade el coautor, el Dr. Li Jing.

Los autores destacan los siguientes puntos clave:

• Fiabilidad neurobiológica de los marcadores.
  «El aumento de las fluctuaciones de baja frecuencia de la señal BOLD en el tálamo y la red de modo pasivo se correlaciona claramente con signos objetivos de somnolencia (cierre de párpados, enlentecimiento del EEG)», señala II Gaez. «Esto demuestra que el SOP puede «verse» no solo por el comportamiento, sino también directamente por la actividad cerebral».

• Diferencias individuales.
  «Descubrimos que las personas con privación crónica del sueño mostraron cambios en el sueño BOLD más tempranos y pronunciados», afirma el Dr. Lee. «Esto abre la posibilidad de personalizar las estrategias para combatir la fatiga: algunas personas pueden necesitar microsueños más frecuentes, mientras que otras pueden necesitar fototerapia o neuroestimulación».

• Traducción a la práctica
  “El siguiente paso es adaptar estos marcadores a tecnologías portátiles (fNCD, gorros EEG secos) para monitorizar la vigilancia en tiempo real en conductores y operadores”, añade el profesor Martínez.

• Perspectivas clínicas
  “Los cambios encontrados también pueden ayudar a diagnosticar trastornos del sueño: el insomnio, la apnea y la narcolepsia tienen diferentes efectos en la fase temprana del SOP, y el marcador BOLD ayudará a diferenciar estas afecciones”, concluye el Dr. Singh.

Esta investigación abre el camino a las neurotecnologías de prevención de accidentes y lesiones basadas en marcadores individuales y en tiempo real del inicio de la somnolencia, y promete hacer que las carreteras y los sitios industriales sean más seguros.