El sistema auditivo en el ciclo sueño-vigilia

REVISIÓN EN NEUROCIENCIA
El sistema auditivo en el ciclo sueño-vigilia
R.A. Velluti, M. Pedemonte
THE AUDITORY SYSTEM IN SLEEP
Summary. Introduction. The sensory information that the central nervous system receives represents an enormous amount of
data coming from the outer world and from the body itself. This constitutes a set of influences that affects the general brain
developing as well as on the sleep-waking organization. Development. We have proposed changes in the auditory information
processing throughout the sleep-wakefulness cycle may be at least partially evidenced by single neurons extracellular
recordings. We introduce the concept that the neural network organization during sleep vs that of wakefulness is different and
can be modulated by sensory signals, and vice versa, the sensory input may be influenced by the central nervous system asleep
or awake. During sleep the evoked firing of auditory units increases, decreases or remains similar to that observed during
quiet wakefulness. There has been no auditory unit yet that stopped firing as the guinea pig enters sleep. Approximately half
of the cortical neurons studied did not change firing rate when passing into sleep while others increased or decreased. Thus,
the system is continuously aware of the environment. Conclusions. We postulate that those neurons that changed their evoked
firing during sleep, increasing or decreasing, are part of active sleep processes. Thus, the continuous sensory information input
to the brain during sleep may serve to ‘sculpt’, modulate, the brain by activity-dependent mechanisms of neural development
as has been postulated for wakefulness. [REV NEUROL 2005; 41: 280-6]
Key words. Auditory cortex. Auditory nuclei. Hippocampus. Sensory systems. Single unit activity. Theta rhythm.
INTRODUCCIÓN
El ingreso sensorial representa un enorme espectro de información que recibe el sistema nervioso central (SNC) que generará,
luego de complejos procesamientos, expresiones del sistema en
forma de actos motores, endocrinos, neurovegetativos, respuestas de comportamiento así como cambios en las capacidades del
SNC, tales como la memoria, el aprendizaje y otras. La información proveniente de dos mundos, el exterior y el interior –el
propio cuerpo–, durante la vida constituye un conjunto de influencias sobre el desarrollo del cerebro, y, en particular, en la
organización del sueño. El desarrollo de cada cerebro está genéticamente determinado, aunque condicionado a un hecho muy
relevante como es el continuo ingreso de información sensorial,
desde los dos mundos mencionados, un fenómeno que comienza probablemente in utero y sobre todo en los primeros días,
meses y años de edad; un fenómeno que continúa toda la vida,
seguramente un proceso sin fin.
Como consecuencia de que la información sensorial llegue
continuamente al SNC proponemos que su procesamiento será
diferencial de acuerdo con los diversos estados del sistema, en
general, la vigilia y sus diferentes niveles, y el sueño y sus diferentes etapas. Debemos agregar un concepto de importancia: el
SNC puede condicionar el ingreso de información ya que posee
vías eferentes de control –presente en todos los sistemas sensoriales– que pueden ejercer influencias en los receptores y los
diversos núcleos de las vías ascendentes hasta las mismas cortezas sensoriales. Utilizando esta posibilidad de retroalimentación
(feed-back) se completa el complejo sistema del procesamiento,
ya que el SNC puede así seleccionar la información con un circuito cerrado (closed-loop).
Aceptado: 23.05.05.
Neurofisiología. Facultad de Medicina. Universidad de la República. Montevideo, Uruguay.
Correspondencia: Dr. Ricardo A. Velluti. Neurofisiología. Facultad de Medicina. Universidad de la República. Avda. Gral. Flores, 2125. Montevideo,
Uruguay. Fax: (5982) 924 8784. E-mail: [email protected]
© 2005, REVISTA DE NEUROLOGÍA
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La secuencia natural de luz-oscuridad, una información filogenéticamente arcaica, influye de manera relevante sobre el
ciclo de vigilia-sueño a través del receptor de luz. Asociado a
esto, el ritmo circadiano de secreción de melatonina –hormona
que informa sobre la ‘oscuridad’– está originado por un marcapasos central localizado en el núcleo supraquiasmático del hipotálamo que sincroniza esta secreción con datos de luz-oscuridad obtenidos del ambiente a través de vías especiales desde la
retina [1,2]. Pronto en el siglo XX se introdujo el concepto de
sueño como resultado del bloqueo de la entrada de información
auditiva [3]. Más tarde, Bremer [4] propuso que el sueño era
consecuencia de una amplia desaferentización, una falta o disminución de impulsos generados en los sistemas sensoriales
que conducía al SNC al sueño. Esto se convirtió en una de las
teorías del sueño conocida como teoría pasiva, que implicaba la
existencia de un tono (o influencia continua) ejercido por los
sistemas sensoriales sobre el SNC. La descripción de un sistema activador ascendente por Moruzzi y Magoun [5] parecía
confirmar los conceptos pasivos de Bremer: cada sistema sensorial envía información a la formación reticulada (¿tono?) que
mantendría al SNC despierto. Sin embargo, el sueño no es sólo
consecuencia de procesos pasivos [6], sino que también existen
importantes procesos activos [7], actualmente considerados como los más relevantes [8]. Hoy admitimos que el sueño se produce por la acción de múltiples factores que, asociados, componen todo el panorama del sueño. Una relevante interacción ente
ambas teorías debe considerarse, ya que lo sensorial posee
importancia como fenómeno pasivo y también, como lo proponemos, como otro factor activo en la generación del sueño de
acuerdo con los datos experimentales presentados [9].
EL CICLO VIGILIA-SUEÑO
Y LA INFORMACIÓN SENSORIAL
Durante el sueño el procesamiento de la información sensorial
está siempre presente, aunque con profundas modificaciones. Todos los sistemas sensoriales estudiados, visual, auditivo, somestésico, olfatorio, receptores de temperatura y otros, han revelado
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SISTEMA AUDITIVO Y SUEÑO
EL SUEÑO
El sueño es un estado fisiológico diferente de la vigilia,
durante el cual las más diversas funciones cambian radicalmente. En la especie humana éste se divide en un 75% de
la noche en sueño lento (etapas I y II más las III y IV coFigura 1. Ejemplo de una gran variedad de posibles combinaciones en las propiedades de codificación en redes
neuronales. Las flechas indican una dinámica de construcciones y reconstrucciones de redes neuronales. Recormo sueño lento propiamente
demos que una neurona recibe una enorme cantidad de contactos sinápticos, por lo que puede funcionar asodicho), y un 25% en sueño paciada a diversas redes en distintos momentos. Este esquema es una sobresimplificación de lo que podría ocuradójico (o REM). El estado
rrir en el cerebro cuando de la vigilia se pasa al sueño. Esto último es lo que proponemos, que las redes neuronales cambian sus configuraciones al cambiar de estado.
funcionalmente diferente de
las redes neuronales cerebraalguna influencia sobre el sueño y, al mismo tiempo, éstos están les condiciona todos los cambios en la fisiología del organismo.
sometidos a cambios que dependen del estado del SNC, vigilia o Así, el sistema cardiovascular y respiratorio cambian sus casueño. Así, las diferentes modalidades sensoriales pueden alterar racterísticas funcionales, la hormona de crecimiento tiene su piel ritmo de sueño-vigilia, en tanto que el SNC impone reglas pa- co secretor mayor durante la primera etapa IV del sueño lento,
ra el ingreso de información. Se sugiere entonces que las redes el control de la temperatura corporal desaparece y el animal o
neuronales responsables de los procesos del sueño están, hasta humano se torna poiquilotermo durante el sueño paradójico, la
cierto punto, moduladas activamente por las entradas sensoriales. actividad mental onírica posee caracteres netamente diferentes
Por ello, el SNC y el ingreso de información poseen acciones de la actividad en vigilia, asociados a muchos otros ejemplos
recíprocas de lo que depende, en gran medida, la organización [13,14]. Se admite que no existe una forma única y simple para
del ciclo y del comportamiento de vigilia-sueño [10].
inducir cambios en una multitud de redes neuronales en el SNC
y así pasar del modo vigilia al modo sueño de funcionamiento.
La hipótesis que se presenta sostiene que diversos conjuntos neuREDES NEURONALES
ronales estarían involucrados y que el proceso de cambio es
El concepto de redes neuronales está definido por la actividad complejo y dependiente de múltiples factores, que se desarroneuronal temporalmente correlacionada con algún fin funcio- llan en un tiempo y en una secuencia que aún son mayormente
nal. Conjuntos neuronales conectados con otros muchos gru- desconocidos. Se podría decir que existen al menos tres cerepos pueden actuar cooperativamente integrando neuronas am- bros distintos, en vigilia, en sueño lento y en sueño paradójico.
pliamente distribuidas con diferentes propiedades funcionales
al servicio de un estado o condición fisiológica [11]. Por otra
parte, las neuronas individuales reciben información a través PRIVACIÓN Y ESTIMULACIÓN SENSORIAL
de miles de contactos sinápticos de manera que provocan una La casi total privación sensorial altera al sueño de modo signififluctuación constante de su potencial de membrana, lo que ha- cativo y desencadena un nuevo comportamiento llamado ‘somnoce de esto algo muy inestable como para constituir un código. lencia’, asociado con gran disminución de la vigilia, que cambia
Por ello, una red neuronal puede proveer una actividad sinápti- el balance normal de las etapas del sueño [15]. Éste es un imporca más estable con incrementos o disminuciones asociados a tante dato experimental que relaciona la arquitectura del sueño con
una eficacia dinámica, aunque transitoria, lo que sugerimos la disminución casi total del ingreso de información sensorial.
estaría relacionado con la codificación de la información y asoLas estimulaciones rítmicas que produce una cuna de hamaciado a la modulación activa de los procesos del sueño. Así, las ca son de origen somatoestésico y vestibular, asociadas a la disdescargas de potenciales de acción de una neurona en una red minución de la luz por la oclusión ocular, así como a otras estipueden procesar cierta información que, algún tiempo más tar- mulaciones tales como la voz o el canto de la madre y la tempede, puede estar asociada a otro grupo o red neuronal con dife- ratura adecuada y mantenida por el refugio que significa la curentes propósitos funcionales, por ejemplo, cuando se pasa de na. Éstos son datos sensoriales aportados al SNC que colaborala vigilia al sueño. La figura 1 muestra de manera simplificada rán en el ordenamiento de las redes neuronales en formación
las posibilidades o propiedades de redes neuronales. Se mues- para la organización del sueño. A la inversa, la estimulación
tra esquemáticamente la superposición funcional de neuronas sensorial en ciertas condiciones particulares también puede
que pertenecen, algunas de ellas, a dos diferentes redes neuro- inducir la aparición de actividad bioeléctrica cortical sincroninales asociadas a otra posibilidad como es la de cambiar de un zada y signos de comportamientos de sueño. Esta aseveración
estado a otro a través de la construcción-reconstrucción de se ha probado experimentalmente en diferentes animales [16,17],
redes. Algo similar ocurre en el primitivo cerebro de un molus- así como en humanos [18,19]. Se demostró que la estimulación
co simple (Tritonia). Este animal es capaz al menos de dos mo- somática regular de baja intensidad en gatos puede inducir el
vimientos diferentes que realiza reorganizando funcionalmente sueño, además de otras formas sensoriales que pueden también
las redes neuronales de su simple SNC. Con una mínima red producir signos de comportamiento y electroencefalográficos
realiza movimientos de escape y con otra movimientos natato- de sueño tales como iluminación de la retina [20,21] y la estirios, lo que, si lo extrapolamos, podría representar dos compo- mulación auditiva con sonidos [22]. Por lo tanto, la estimulanentes básicos de un cerebro complejo como el de un mamífe- ción sensorial monótona puede producir sueño y colabora en el
ro, por ejemplo, el cambio de un estado de vigilia a un estado cambio o reorganización de las redes neuronales en el SNC.
de sueño [9,12].
Estos conceptos iniciales nos han guiado a considerar experiSuperposición de redes neuronales
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Construcción/reconstucción de redes
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Figura 2. Variadas técnicas apoyan la concepción del ingreso de información sensorial auditiva con activa participación en los procesos del sueño. En
el centro de la figura, tres imágenes tomográficas del cerebro representan las tres principales posibilidades funcionales del mismo: vigilia (V), sueño
lento (SL+II) y sueño paradójico (SP). I: cambios en los histogramas postestímulo de la respuesta de una neurona cortical a un estímulo natural (canto
del cobayo). El primer histograma corresponde a un estímulo normal en tanto que el segundo es el mismo estímulo, pero invertido en el tiempo. La
neurona durante el SL es capaz de detectar la diferencia [44]. II: histogramas postestímulo de una neurona de la corteza auditiva en vigilia y sueño. Véase figura 3 [42]. III: resonancia magnética nuclear funcional en humano (RMf). Se muestra que la corteza auditiva permanece activa durante el SL y la
etapa II [45]. IV: correlación cruzada entre las descargas de una neurona cortical auditiva y el ritmo theta del hipocampo durante el SL. Se observa la
correlación de fase (phase-locking) que indica una relación temporal muy precisa [24]. V: la magnetoencefalografía humana (MEG) muestra el desplazamiento de los dipolos generados en la corteza auditiva por tres tonos de diferentes frecuencias al pasar de la V al SL en etapa II. Este cambio en la localización anatómica demuestra un cambio en las redes neuronales involucradas [25]. VI: potenciales provocados auditivos en corteza de rata. Se observan cambios en las amplitudes cuando se pasa de la V al SL y al SP [39]. VII: los elementos componentes de los ensueños corresponden a un 65% de
imágenes auditivas [27]. VIII: pacientes anacúsicos a los que se les ha realizado implantes con equipos intracocleares que recuperan la audición presentan diferencias en la arquitectura del sueño cuando oyen (implante on) o cuando no oyen (implante off) [9,33]. IX: las barras representan el aumento del sueño, SL y SP, con disminución de la vigilia luego de lesionadas ambas cócleas (cobayo sordo) [32].
mentalmente los efectos que los sistemas sensoriales pueden introducir en las variadas formas de vigilia y particularmente las
influencias que pueden ejercer en los múltiples conjuntos neuronales que subyacen a la complejidad de los procesos del sueño. En conclusión, se propone el concepto de que las redes neuronales correspondientes a los estados de vigilia y de sueño se
pueden modular por la estimulación sensorial y viceversa, la
entrada de información sensorial puede estar influida por el estado del SNC, es decir, sueño o vigilia [23,24]. Un ejemplo experimental que apoya la hipótesis que propone cambios en las
redes neuronales funcionales al pasar de la vigilia al sueño es el
estudio con magnetoencefalografía (MEG) [25]. Esta técnica
aplicada en humanos permite la localización muy precisa del
dipolo generado por la estimulación sonora. En la figura 2 (V)
se observa la localización en la corteza auditiva de tres dipolos
en respuesta a tres tonos distintos en vigilia (V); al pasar al sueño lento, etapa II, la localización de los mismos dipolos frente a
la misma estimulación sonora ha cambiado. Se encuentran muy
cercanos, pero en otra posición anatómica, lo que demuestra que
las redes neuronales también deben de ser diferentes.
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¿POR QUÉ EL SISTEMA AUDITIVO?
Diversas aproximaciones experimentales dan bases para una relación especial entre el sistema auditivo y el sueño:
– Datos experimentales en relación con el aporte sanguíneo
cerebral durante el sueño muestran un incremento notable en
regiones auditivas en comparación con la vigilia [26].
– El auditivo es un sistema sensorial telerreceptor que se mantiene relativamente abierto durante el sueño. Esto le otorga a este
sistema una relevancia a priori, ya que puede actuar como un
guardián continuo para detectar un predador o simplemente
oír la suave llamada de un niño pequeño en la noche, procesar
esa información y entonces decidir el despertar de la madre
y/o del padre.
– La actividad onírica, ensueños, se compone en un 100% de
imágenes visuales en tanto que el 65% posee imágenes
auditivas y un muy escaso porcentaje para otras modalidades (Fig. 2, VII) [27]. Vale decir que, durante los ensueños,
el sistema auditivo y la memoria relacionada deberán
aportar los datos necesarios para participar en la actividad
onírica.
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SISTEMA AUDITIVO Y SUEÑO
vigilia al sueño. Ambos potenciales aumentan de amplitud en
forma paralela al pasar al sueño
lento para disminuir en sueño
paradójico y hacerse similar a
la vigilia en su amplitud [34].
El sistema auditivo eferente,
descendente, constituye el único sistema posible responsable
de producir los cambios observados en el receptor.
Figura 3. Se muestran los registros representativos de la actividad de cuatro neuronas en diferentes regiones
auditivas durante el ciclo de vigilia-sueño. Los histogramas postestímulo presentan cambios en las características
de las descargas neuronales, frecuencia de descarga y distribución temporal de las mismas cuando pasan de vigilia (V) al sueño lento (SL) y al sueño paradójico (SP). En estos ejemplos la neurona auditiva del núcleo coclear
aumenta sus descargas (n) a través de las etapas del sueño y mantiene la distribución temporal de las mismas.
En la oliva superior lateral se observan cambios en ambos parámetros, es decir, en el número de descargas y en
su distribución temporal. Véase que en el SP ésta se transforma en una señal sólo de inicio de estimulación. La
neurona del colículo inferior muestra únicamente cambios en la configuración temporal sin cambios significativos
en el número de descargas. En el ejemplo de neurona cortical se muestra que sólo hay variaciones del número
de descargas en el SP que se recupera en la V posterior. Estímulo sonoro: tonos puros de 50 ms (con ascenso y
caída de 5 ms) a la frecuencia característica de la neurona en cuestión (datos de [35-37,42]).
– La estimulación auditiva, como una noche ruidosa, lleva a
una disminución del tiempo total de sueño, particularmente de la etapa IV y sueño paradójico con incremento de la
etapa II y la vigilia [28-30]. Por otra parte, el mejoramiento notable del sueño que ocurre después de disminuir o
abolir los ruidos del ambiente sugiere que el sistema auditivo se encuentra en constante control de los sonidos del
medio [31].
– Otro dato experimental que apoya la importancia de la entrada sensorial auditiva es la situación opuesta: la privación
total de la audición, sordera quirúrgica experimental. Esta
condición cambia la arquitectura del sueño en cobayos aumentando el tiempo total de sueño –sueño lento y paradójico– en detrimento de la vigilia (Fig. 2, IX) [32].
– La arquitectura del sueño se altera cuando un paciente anacúsico se registra como tal o con un implante intracoclear
exitoso. La figura 2, VIII, muestra estos cambios cuando el
sueño del paciente se registra con el implante on u off [33].
ACTIVIDAD DEL SISTEMA
AUDITIVO DURANTE EL SUEÑO
Los potenciales registrados en la cóclea (microfónicas cocleares
y potencial de acción compuesto del nervio auditivo) se ven
influidos por los cambios que ocurren en el SNC al pasar de la
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Resultados del registro
de la actividad neuronal
Núcleo coclear
En este núcleo se encuentra la
segunda neurona de la vía auditiva ascendente y la primera
en procesar información en el
tronco cerebral. La actividad
unitaria de la porción anteroventral de este núcleo, registrada de manera extracelular en
cobayos, muestra neuronas con
una neta relación con el ciclo
de sueño-vigilia [35]. Al pasar
al sueño lento, el 47% de las
unidades del núcleo coclear incrementaron y el 29% disminuyeron sus descargas, en tanto que un 24% no mostraron
cambios al pasar a esta etapa
del sueño (Fig. 3).
Oliva lateral superior
La oliva lateral superior también expresa modulaciones en su actividad unitaria cuando el
animal de experimentación pasa de la vigilia al sueño. La actividad sostenida de una neurona durante la vigilia tranquila, por
ejemplo, pasa a unas pocas descargas únicamente al comienzo
del histograma postestímulo en el sueño paradójico (Fig. 3).
Los cambios no sólo son cuantitativos –número de descargas–,
sino que también se agregan cambios en la probabilidad de
descarga en el tiempo observada en los 100 ms que duran los
histogramas [36].
Colículo inferior
En el núcleo central del colículo inferior se encontraron resultados similares [37]. Al cambiar de la vigilia tranquila al sueño
lento la mayoría de las neuronas mostraron cambios, aumentaron o disminuyeron sus descargas (65%), mientras que otras no
cambiaron (35%). Además, en el caso del colículo inferior es
muy notoria la discrepancia entre la actividad provocada y la
actividad espontánea.
Geniculado medial
Se ha propuesto variaciones de las descargas neuronales relacionadas con el ciclo de sueño-vigilia en este núcleo [38]. Además,
se describen cambios en los campos receptivos en neuronas auditivas talámicas al pasar al sueño, así como disminución en las
descargas de la mayoría de las neuronas registradas.
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R.A. VELLUTI, ET AL
Corteza auditiva primaria
La corteza auditiva recibe entradas ascendentes específicas
complejas originadas en ambos oídos y otras provenientes de
diversas regiones del SNC. A su vez, esta corteza envía proyecciones eferentes hacia el tálamo, el tronco cerebral, la formación
reticulada y otras regiones corticales ipsi y contralaterales. Así,
esta corteza puede ser el centro de control de toda la vía auditiva
y sus conexiones y ser dependiente, por lo tanto, del estado
actual del SNC. Un ejemplo de esto son los cambios observados
en los potenciales provocados auditivos registrados en la corteza
de ratas (Fig. 2, VI), que presentan diferencias en amplitud y
forma de onda al pasar de la vigilia al sueño [39-41]. Los registros neuronales extracelulares de respuestas provocadas y de actividad espontánea de la corteza primaria (AI) han demostrado
ser muy dependientes del estado del cerebro, esto es, en vigilia
tranquila, sueño lento o sueño paradójico. Las neuronas auditivas del cobayo, registradas a la frecuencia característica de cada
neurona, varían sus descargas provocadas durante los diferentes
estados de la vigilia, en general, activo o tranquilo (Fig. 3). Más
aún, en sueño lento y paradójico estas neuronas auditivas mostraron incrementos y decrementos en el número de potenciales
de acción generados, pero –muy importante– aproximadamente
el 50% de ellas no cambiaron su actividad comparadas con la
vigilia. Si tomamos en consideración solamente el número de
descargas, podemos concluir que el procesamiento sensorial en
la corteza en respuesta a estímulos simples, tales como tonos
puros, se modifica en el ciclo sueño-vigilia tanto en el número
de descargas como también en su distribución temporal (Fig. 2,
II). Además, aproximadamente la mitad de las neuronas corticales descargan en el sueño de la misma manera que durante la
vigilia tranquila [42,43]. Cuando el estímulo auditivo es complejo, como el canto natural del cobayo (whistle) de 700 ms de
duración, los histogramas postestímulo también presentan notorias diferencias tanto en vigilia como en el sueño lento. La figura 2 (I) muestra dos histogramas de una neurona de corteza
auditiva cuando el estímulo auditivo se presenta de manera normal y en el segundo cuanto el whistle se presenta al revés, es
decir, invertido en el tiempo. Este dato experimental demuestra
una vez más la existencia de procesamiento auditivo muy preciso en la corteza primaria y durante el sueño lento [44]. Ésta, la
corteza, no se encuentra desaferentizada durante el sueño como
ha sido propuesto. Además, análisis en humanos realizados
mediante resonancia magnética funcional (RMf) muestran actividad en dicha corteza y en otras regiones cerebrales que indican que el procesamiento de datos complejos continúa en el sueño (Fig. 2, III) [45].
Hemos propuesto otra forma de procesamiento de la información auditiva, en sueño y en vigilia, que es la correlación cruzada (CC) entre la actividad unitaria de la corteza y el ritmo theta del hipocampo. En todas las condiciones se ha podido comprobar tal correlación (Fig. 2, IV). El significado de esta correlación temporal ha sido postulado expresando que el ritmo theta constituiría un dador de tiempo (Zeitgeber) para dicho procesamiento [23,24].
CONCLUSIONES
Todo el sistema auditivo ascendente presenta proporciones diferentes de descargas neuronales que responden durante el sueño
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con un aumento o disminución, o bien responden en igual número que en vigilia tranquila. Más aún, hasta el presente no se
ha encontrado neurona auditiva alguna que detuviera sus descargas al pasar al sueño en las regiones estudiadas en cobayos.
La corteza auditiva, por su parte, puede controlar todo el sistema auditivo y, al mismo tiempo, ser dependiente del estado
general del SNC. Es importante remarcar que más de la mitad
de las neuronas estudiadas no presentaron cambios en sus descargas al pasar de la vigilia al sueño y así estarían preservando
la información auditiva ascendente y manteniendo al sistema en
continua relación con los eventos auditivos del ambiente. Por
otra parte, aquellas neuronas que incrementan o disminuyen sus
descargas al pasar al sueño las postulamos como participantes
de redes neuronales además relacionadas con los procesos del
sueño, cualquiera que sea la función que puedan tener en relación con el sueño [23,24,43].
La región AI de la corteza auditiva envía fibras descendentes
que proyectan al geniculado medial, a la reticulada talámica y,
también, hacia el colículo inferior [46,47]. Desde el colículo inferior, neuronas eferentes envían conexiones a regiones tales
como los núcleos pontinos dorsales, conocidos como participantes en procesos del sueño, y hacen de este lugar una región adecuada para las interacciones entre la información auditiva y los
procesos del sueño. Además, se han descrito conexiones indirectas entre núcleos auditivos del tronco cerebral y conocidas regiones pontinas desde donde, con estimulación colinérgica local, se provocan signos de sueño paradójico [48]. Se agregan a
estos datos las neuronas descritas de la misma región pedunculopontina que responden a estímulos auditivos. En el posible
panorama parcial de interacciones entre el sistema auditivo y
procesos de sueño, debemos agregar que este sistema también
envía datos a la formación reticulada; además es de importancia
y de gran probabilidad la interacción intracortical, homo y contralateral, de señales auditivas y procesos de sueño y de vigilia.
Todo el sistema auditivo ha mostrado cambios significativos
en las descargas neuronales espontáneas y provocadas en las
diferentes etapas del ciclo vigilia-sueño. Cabe suponer que estos
cambios representan modificaciones en los procesamientos de
dicha información sensorial en todos los niveles. Otros datos experimentales que apuntan hacia lo mismo, es decir, cambios en
el procesamiento, lo respalda el hecho de que un cierto porcentaje de neuronas auditivas muestran correlación de fase, phaselocking, con el ritmo theta del hipocampo [23,24]. Un corolario
lógico de estos aportes experimentales básicos sería que el aprendizaje a través del sistema auditivo durante el sueño es probable.
Esto también se ha sugerido recientemente en un artículo que
muestra datos en humanos neonatos y la discriminación del sonido de vocales después del entrenamiento (¿aprendizaje?) realizado en sueño lento [49]. Otro aspecto que proponemos se relaciona con el desarrollo de la conectividad, en general maduración, en el SNC, que es en gran medida dependiente de la actividad sensorial que recibe. La propuesta es que el largo tiempo
pasado en sueño durante el período temprano de vida, en el que
se ha permitido el ingreso de información sensorial, debe participar en la maduración del SNC [23,24,43], de manera que la
actividad sensorial que llega al SNC durante el desarrollo ontogénico temprano, el que ocurre mayoritariamente durante el
sueño en un neonato, es tal vez lo más importante para comenzar a ‘esculpir’ –modular– el cerebro.
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SISTEMA AUDITIVO Y SUEÑO
BIBLIOGRAFÍA
1. Cardinali DP, Pevet P. Basic aspects of melatonin action. Sleep Med
Rev 1998; 2: 175-90.
2. Reiter RJ, Tan DX. What constitutes a physiological concentration of
melatonin? J Pineal Res 2003; 34: 79-80.
3. Dana BB. Morbid somnolence and its relation to the endocrine glands.
New York J Med Rec 1916; 89: 1-5.
4. Bremer F. Cerveau ‘isole’ et physiologie du sommeil. C R Soc Biol
1935; 118: 1235-41.
5. Moruzzi G, Magoun H. Brain stem reticular formation and activation
of the EEG. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 1949; 1: 455-73.
6. Kleitman N. Sleep and wakefulness. Chicago: University of Chicago
Press; 1963.
7. Hess WR. Das schlafsyndrom als folge dienzephaler reizung. Helv
Physiol Pharmacol Acta 1944; 2: 305-44.
8. Moruzzi G. Active processes in the brain stem during sleep. Harvey
Lect; 1963; 58: 233-97.
9. Velluti RA. Remarks on sensory neurophysiologic mechanisms participating in active sleep processes. In Parmeggiani PL, Velluti RA, eds.
The physiologic nature of sleep. London: Imperial College Press; 2005.
10. Velluti RA. Interactions between sleep and sensory physiology. J Sleep
Res 1997; 6: 61-77.
11. Sakurai Y. How do cell assemblies encode information in the brain?
Neurosci Biobehav Rev 1999; 23: 785-96.
12. Getting PA. Emerging principles governing the operation of neural networks. Annu Rev Neurosci 1989; 12: 185-204.
13. Velluti RA, Pedemonte M. Fisiología de la vigilia y el sueño. In Tresguerres JAF, ed. Fisiología humana. Madrid: McGraw-Hill Interamericana; 1999. p. 155-71.
14. De Andrés IT. Ciclo vigilia-sueño. In Delgado JM, Ferrús A, Mora F, Rubia FJ, eds. Manual de neurociencia. Madrid: Síntesis; 1998. p. 801-21.
15. Vital-Durand F, Michel F. Effets de la desafferentation périphérique sur
le cycle veille-sommeil chez le chat. Arch Ital Biol 1971; 109: 166-86.
16. Pompeiano O, Swett JE. Identification of cutaneous and muscular
afferent fibers producing EEG synchronization or arousal in normal
cats. Arch Ital Biol 1962; 100: 343-80.
17. Weiss T. Changes in the sleeping and waking electrocorticogram in the
rat produced by external stimuli. Physiol Bohemoslov 1961; 10: 21-6.
18. Oswald I. Falling asleep open eyed during intense rhythmic stimulation. Br Med J 1960; 1: 1450-5.
19. Gastaut H, Bert J. Electroencephalographic detection of sleep induced
by repetitive sensory stimuli. In Wolstenholme GE, O’Connors CM,
eds. On the nature of sleep. London: Churchill; 1961: 260-83.
20. Arduini A, Hirao T. EEG synchronization elicited by light. Arch Ital
Biol 1960; 98: 275-92.
21. Mancia M, Meulders M, Santibáñez HG. Synchronisation de l’eléctroencéphalograme provoquée par la stimulation visuelle répétitive chez
le chat ‘mediopontin pretrigeminal’. Arch Int Physiol Biochim 1959;
67: 661-70.
22. Gluck M, Rowland V. Defensive conditioning of electrographic arousal with delayed and differentiated auditory stimuli. Electroencephalogr
Clin Neurophysiol 1959; (Suppl) 11: S485-96.
23. Velluti RA, Pedemonte M. In vivo approach to the cellular mechanisms
for sensory processing in sleep and wakefulness. Cell Mol Neurobiol
2002; 22: 501-16.
24. Pedemonte M, Velluti RA. Sleep hippocampal theta rhythm and sensory processing. In Lader M, Cardinali DP, Perumal P, eds. Sleep and
sleep disorders: a neuropsychopharmacological approach. Georgetown,
TX: Landes Biosciencies; 2004.
25. Kakigi R, Naka D, Okusa T, Wang X, Inui K, Qiu Y, et al. Sensory perception during sleep in humans: a magnetoencephalograhic study. Sleep
Med 2003; 4: 493-507.
26. Reivich M, Isaacs G, Evarts E, Kety S. The effect of slow wave sleep
and REM sleep on regional cerebral blood flow in cats. J Neurochem
1968; 15: 301-6.
27. McCarley RW, Hoffman E. REM sleep dreams and the activation-synthesis hypothesis. Am J Psychiatry 198l; 38: 904-12.
28. Vallet M, Mouret J. Sleep disturbance due to transportation noise: ear
plugs vs oral drugs. Experientia 1984; 40: 429-37.
29. Terzano MG, Parrino L, Fioriti G, Orofiamma B, Depoortere H. Modifications of sleep structure by increasing levels of acoustic perturbation
in normal subjects. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 1990; 76:
29-38.
30. Pearson KS, Berber DS, Tabachnick BG, Fidell S. Predicting noiseinduced sleep disturbances. J Acoust Soc Am 1995; 97: 331-8.
31. Vallet M. La perturbation du sommeil par le bruit. Soz Praventivmed
1982; 27: 124-31.
32. Pedemonte M, Peña JL, Torterolo P, Velluti RA. Auditory deprivation
modifies sleep in the guinea pig. Neurosci Lett 1996; 223: 1-4.
33. Velluti RA, Pedemonte M, Suárez H, Inderkum A, Rodríguez-Servetti
Z, Rodríguez-Alvez A. Human sleep architecture shifts due to auditory
sensory input [abstract]. Sleep 2003; Suppl 26: 19.
34. Velluti RA, Pedemonte M, García-Austt E. Correlative changes of auditory nerve and microphonic potentials throughout sleep. Hear Res
1989; 39: 203-08.
35. Peña JL, Pedemonte M, Ribeiro MF, Velluti R A. Single unit activity in
the guinea-pig cochlear nucleus during sleep and wakefulness. Arch
Ital Biol 1992; 130: 179-89.
36. Pedemonte M, Peña JL, Morales-Cobas G, Velluti RA. Effects of sleep
on the responses of single cells in the lateral superior olive. Arch Ital
Biol 1994; 132: 165-78.
37. Morales-Cobas G, Ferreira MI, Velluti RA. Sleep and waking firing of
inferior colliculus neurons in response to low frequency sound stimulation. J Sleep Res 1995; 4: 242-51.
38. Edeline J-M, Manunta Y, Hennevin E. Auditory talamus neurons during sleep: changes in frequency selectivity, threshold, and receptive
field size. J Neurophysiol 2000; 84: 934-52.
39. Hall RD, Borbély AA. Acoustically evoked potentials in the rat during
sleep and waking. Exp Brain Res 1970; 11: 93-100.
40. Bastuji H, Perrin F, García-Larrea L. Semantic analysis of auditory
input during sleep: studies with event related potentials. Int J Psychophysiol 2002; 46: 243-55.
41. Campbell K, Bell I, Bastien C. Evoked potential measures of information processing during natural sleep. In Broughton RJ, Ogilvie, RD, eds.
Sleep, arousal, and performance. Berlin: Birkhauser; 1992. p. 89-116.
42. Peña JL, Pérez-Perera L, Bouvier M, Velluti RA. Sleep and wakefulness modulation of the neuronal firing in the auditory cortex of the
guinea-pig. Brain Res 1999; 816: 463-70.
43. Velluti RA, Peña JL, Pedemonte M. Reciprocal actions between sensory signals and sleep. Biol Signals Recept 2000; 9: 297-308.
44. Pérez-Perera L, Bentancor C, Pedemonte M, Velluti RA. Auditory cortex
unitary activity correlated to sleep-wakefulness and theta rhythm in response to natural sounds [abstract]. Actas de Fisiología 2001; 7: 187.
45. Portas CM, Krakow K, Allen P, Josephs O, Armony JL, Frith CD. Auditory processing across the sleep-wake cycle: simultaneous EEG and
fMRI monitoring in humans. Neuron 2000; 28: 991-9.
46. Saldaña E, Merchán MA. Intrinsic and commissural connections of the
rat inferior colliculus. J Comp Neurol 1992; 319: 417-37.
47. Saldaña E, Feliciano M, Mugnaini E. Distribution of descending projections from primary auditory neocortex to inferior colliculus mimics
the topography of intracollicular projections. J Comp Neurol 1996; 371:
15-40.
48. Reinoso-Suárez F, De Andrés I, Rodrigo-Angulo ML, RodríguezVeiga E. Location and anatomical connections of a paradoxical sleep
induction site in the cat ventral pontine tegmentum. Eur J Neurosci 1994;
6: 1829-36.
49. Cheour M, Martynova O, Naatanen R, Erkkola R, Sillanpaa M, Kero P,
et al. Speech sounds learned by sleeping newborns. Nature 2002; 415:
599-600.
EL SISTEMA AUDITIVO EN EL CICLO SUEÑO-VIGILIA
Resumen. Introducción. El ingreso sensorial que recibe el sistema
nervioso central representa un enorme espectro de información proveniente tanto del mundo exterior como del propio cuerpo. Esto
constituye un conjunto de influencias sobre el desarrollo del cerebro
que incluye, en el caso particular que nos ocupa, la organización del
ciclo vigilia-sueño. Desarrollo. Hemos propuesto que el cambio en el
procesamiento de información sensorial en el ciclo vigilia-sueño
O SISTEMA AUDITIVO NO CICLO SONO-VIGÍLIA
Resumo. Introdução. A entrada sensorial que recebe o sistema nervoso central representa um enorme espectro de informação proveniente tanto do mundo exterior como do próprio corpo. Isto constitui um conjunto de influências sobre o desenvolvimento do cérebro
que inclui, no caso particular que nos ocupa, a organização do
ciclo sono-vigília. Desenvolvimento. Propusemos que a alteração
no processamento de informação sensorial no ciclo sono-vigília
REV NEUROL 2005; 41 (5): 280-286
285
R.A. VELLUTI, ET AL
puede evidenciarse parcialmente a través del registro extracelular de
la actividad unitaria neuronal y que algunas de estas neuronas pueden formar parte de procesos activos en relación con la generación
y/o mantenimiento del sueño. La organización de redes neuronales
en vigilia es diferente de la encontrada durante el sueño y ambas
están moduladas por la información sensorial. Durante el sueño, las
neuronas auditivas presentan una actividad provocada en incremento, en decremento o bien mantienen las mismas características que
en vigilia tranquila. Esto se demostró a distintos niveles de la vía; se
incluyeron las neuronas corticales y la mitad de las neuronas estudiadas presentaron cambios en la configuración de descarga. No se
ha hallado neurona auditiva alguna que detuviera su actividad
cuando el animal dormía. Conclusiones. El sistema auditivo está en
contacto permanente con el ambiente a través de aquellas neuronas
que mantienen su actividad, en tanto que las que aumentan o disminuyen se postulan, además, como participantes activas de los procesos del sueño. El continuo ingreso de información sensorial durante
el sueño estaría al servicio de ‘esculpir’, modular, el cerebro a través
de un mecanismo actividad-dependiente como se ha propuesto para
la vigilia. [REV NEUROL 2005; 41: 280-6]
Palabras clave. Actividad unitaria. Corteza auditiva. Hipocampo.
Núcleos auditivos. Ritmo theta. Sistemas sensoriales.
286
possa ser evidenciada parcialmente através do registo extra-celular da actividade unitária neuronal e que alguns destes neurónios
podem formar parte de processos activos em relação com a geração e/ou manutenção do sono. A organização de redes neuronais
em vigília é diferente daquela encontrada durante o sono e ambas
estão moduladas pela informação sensorial. Durante o sono os
neurónios auditivos apresentam uma actividade provocada em
aumento, decréscimo ou mantêm as mesmas características que em
vigília tranquila. Isto demonstrou-se a distintos níveis da via;
incluíram-se os neurónios corticais e apresentaram-se alterações
na configuração de descarga a metade dos neurónios estudados.
Não se encontrou nenhum neurónio auditivo que detivesse a sua
actividade quando o animal dormia. Conclusões. O sistema auditivo está em contacto permanente com o ambiente através daqueles
neurónios que mantêm a sua actividade, aumentando ou diminuindo, sendo postulados como participantes activos dos processos do
sono. A contínua entrada de informação sensorial durante o sono
estaria ao serviço de ‘esculpir’, modular, o cérebro através de um
mecanismo actividade-dependente como foi proposto para a vigília.
[REV NEUROL 2005; 41: 280-6]
Palavras chave. Actividade unitária. Córtex auditivo. Hipocampo.
Núcleos auditivos. Ritmo theta. Sistemas sensoriais.
REV NEUROL 2005; 41 (5): 280-286