PLoS Biology, 2005; 3(5): (más artículos en esta revista)

Funcional consecuencias de dormir desarrollo

Biblioteca Pública de la Ciencia
Jerome Siegel M
Resumen

¿Por qué dormir? Los patrones de sueño y de los mecanismos que se producen en todo el desarrollo nos puede dar una pista.

Aunque frazzled nuevos padres pueden diferir a mendigar, los bebés hacen dormir más que los adultos. Este patrón de sueño se ve en una amplia variedad de especies de mamíferos, algunos con evidentes ventajas selectivas. El sueño es un momento de reducción de cuerpo y el cerebro tasa metabólica [1, 2], permitiendo la conservación de la energía, especialmente si es un lugar cálido, como puede ser proporcionada por un obediente de sus padres o hermanos. El dormir, silente infantil es también menos posibilidades de atraer a los depredadores y es más fácil de transportar. En las primeras edades, los lactantes que aún no han abierto sus ojos y cuya corteza todavía no está desarrollado han limitado las oportunidades de aprendizaje de la interacción con el mundo exterior: otra razón para la reducción de despertar.

Pero el sueño viene en muchas formas. Evolutiva argumentos puede tener sentido de la lentitud de onda patrones de sueño profundo en el momento del nacimiento y que están asociados con un cierre general del cerebro, pero no puede proporcionar esa explicación obvia para el predominio relativo de los movimientos oculares rápidos (REM) del sueño. Por ejemplo, en los recién nacidos humanos sueño REM constituye aproximadamente ocho horas por día, o 50% del tiempo total de sueño, mientras que los adultos humanos dedicar menos de dos horas por día, o 20% de sus siete a ocho horas de sueño, a REM Dormir [3]. Sueño REM se caracteriza por la alta cerebro metabólicas y los tipos de actividad neuronal [4], la disminución de tono muscular, irregular y relativamente automático de la respiración no vinculado sus habituales mecanismos de regulación [5], y la disminución de la termogénesis [6]. Estas propiedades parecen mal, lo que sugiere que debe haber alguna compensación para el beneficio de supervivencia a sueño REM han persistido. Sueño REM podría desempeñar un papel especialmente importante en el desarrollo?

Interesante prueba para esta hipótesis proviene de estudio de los efectos de la privación del sueño REM en el desarrollo del sistema visual. Se sabe que la oclusión de un ojo durante la maduración de las conexiones visuales que se produce después del nacimiento hace que el ojo abierto para adquirir más central de las conexiones que el ojo cerrado. Esta representación desproporcionada parece el resultado de una diferencia de actividad en el nervio óptico entre el ojo abierto y cerrado los ojos [7]. Aunque a principios del sueño REM ideas que era necesario para que la plasticidad del cerebro podría sugerir que la privación de sueño REM impediría esta reorganización, se produce justo a la inversa. Privación de sueño REM se acelera el cambio de las conexiones a favor el ojo abierto [8, 9]. En lugar de facilitar el cambio [10], el sueño REM pueden, por tanto, ser una fuente endógena de la actividad que tiende a prevenir la alteración de causar estimulación sensorial para formar conexiones anormales. Sueño REM pueden impedir la muerte celular programada y la poda de las conexiones que se produce cuando crítica sinapsis no son estimuladas.

Otro posible papel de sueño REM neonatal podría ser de la termorregulación en el cerebro cada vez más. Se sabe que nonREM sueño tiende a enfriar el cerebro, la reducción de su termorregulación punto de ajuste [11]. En cambio, el sueño REM calor tiende a ciertas regiones del cerebro [12]. El nonREM-REM alternancia comprende una oscilación de termorregulación.

A menudo se supone que la cantidad de tiempo gastado en los diferentes estados de sueño está determinada por los procesos controlados por la corteza cerebral. El énfasis en la función cortical en el sueño puede resultar más facilidad de la técnica de grabación de los electroencefalogramas de la corteza que de las pruebas funcionales de persuasión. Al nacer, y el metabolismo neuronal cortical disparos son mínimas [13], sin embargo, este es el momento de mayor reposo. En los adultos, los daños a la corteza produce poco o ningún cambio en el sueño, lo que indica que la señal para dormir no tiene su origen en o por lo menos no requiere de la corteza [14]. Los animales más grandes, en proporción, cortices no tienen más sueño REM o nonREM tiempo que los animales con relativamente poca corteza [15]. Los efectos de largo plazo de la privación de sueño han demostrado ser en gran parte autonómica en la naturaleza, incluyendo elevación de la temperatura corporal, lesiones en la piel, y el aumento de la ingesta de alimentos [16]. Estos efectos no pueden ser duplicadas por cualquier lesiones corticales. Sin embargo, muchos de estos síntomas parecen estar en consonancia con disfunción hipotálamo [17, 18].

Evolutiva evidencia también sugiere que la corteza puede ser un participante relativamente reciente en el sueño REM. Plesiomorphic (primitivos), mamíferos como la puesta de huevos echidna y platypus tienen grandes cantidades de REM de sueño similares a la actividad en las estructuras de tronco cerebral en el momento del nacimiento [19, 20]. El tronco cerebral es la región clave para la generación de sueño REM, a la vez necesaria y suficiente para su ocurrencia [4]. Sin embargo, la corteza de estos animales apenas cambios durante estos estados, mostrando los patrones de onda lenta durante el sueño REM estado. En este sentido, el sueño de los mamíferos placentarios puede representar ontogenia recapitulación de la filogenia, ya que una reducción en el poder electroencefalograma es un componente tardío de desarrollo de sueño REM.

Una característica destacada de sueño REM es el rápido y los movimientos oculares asociadas twitches que definen el estado. Estos son particularmente marcadas en los recién nacidos y vigorosa. Se ha demostrado que twitches con cierta semejanza con la actividad del sueño REM están presentes en la médula espinal aisladas de los recién nacidos y disminuir en el transected cordón de animales mayores [13]. Esto ha sugerido a algunos que una primitiva phasic actividad del sistema nervioso central transforma postnatalmente durante un largo período de tiempo muy diferente en el tronco cerebral generados patrón observado en adultos. Pero en este número de PLoS Biology, Karlsson et al. [21] muestran que este no es el caso. En un conjunto de experimentos técnicamente exigentes, demuestran una notable similitud entre los mecanismos de control del sueño en el de una semana de edad, los de la rata y el gato adulto y, por ende, en toda la línea de mamíferos.

Por la ruptura de las conexiones hacia y desde la anterior (corteza cerebral y estructuras asociadas), Karlsson et al. Fueron capaces de estudio del sueño relacionado con la actividad en el mesencéfalo y el tronco cerebral. Describieron la rata homólogos de la medular de las neuronas que inducen la atonia visto durmiendo en los gatos adultos y perros narcolépticos [22, 23, 24] (Figura 1]. Más rostrally, identificaron actividad neuronal en la región del locus coeruleus que facilita la circulación y la actividad inhibitoria informe contrastantes en la región adyacente subcoeruleus, paralela a los estudios de nuevo en el gato [25, 26, 27]. Han llegado también a las células que parecen generar o, al menos, contribuir a la twitches de sueño REM.

Las similitudes a la del gato adulto sueño REM mecanismos de control son tan sorprendentes que lo que se hace interesante son las pequeñas diferencias que se presentan. El locus coeruleus REM "del sueño-off células", que están activas en vigilia, la reducción de actividad en nonREM dormir, y poner fin a la actividad en el sueño REM, parece que no tienen formas de onda de larga duración en la neonatal animales examinados por Karlsson et al., A diferencia de El caso de las ratas y gatos adultos [28, 29]. Otra diferencia es la aparente ausencia de la cesación de dorsal rafe (serotonina) unidad de la gestión en el sueño REM. Aunque los autores especulan que esto se debe a la falta de conexiones en su anterior preparación experimental, se ha demostrado que los mecanismos anterior no es necesario para el cese de esta actividad rafe en gatos adultos [30]. Sin embargo, la identificación de los estrechos núcleo rafe dorsal es difícil incluso en los gatos adultos, y sin duda es posible que estas neuronas se pasa por alto en la rata neonatal.

El resultado de estos hallazgos es la imagen de un gran sueño REM maduro mecanismo generador en el momento del nacimiento. La progresión del desarrollo de sueño REM signos, en particular la reducción de la duración del sueño y el desarrollo de la característica reducción de la tensión a un electroencefalograma de vigilia-como en el patrón de sueño REM, puede ser el resultado de la maduración de los objetivos de estos sistemas de tronco cerebral, de la modulación Generador de estos mecanismos a través de los sistemas en desarrollo, o una relativamente sutil de maduración de las conexiones dentro de los sistemas de generador de sueño REM. Este trabajo empuja a la probable organización del sistema de generador de sueño REM en las ratas antes de volver a una semana de edad, posiblemente, a una etapa en el útero.

¿Qué significa todo esto decir acerca de la función del sueño REM? A pesar de que se quedan con la misma inicial de especulaciones, la neonatal modelo proporciona una perspectiva diferente para aproximarse a estas funciones. Es particularmente útil saber que los elementos esenciales para el sistema de sueño REM están presentes en ratas recién nacidas, ya que estos animales son ideales temas de los estudios in vitro de tejidos rebanadas [31, 32]. No es práctico para llevar a cabo experimentos in vitro en el tronco cerebral de adultos. Sin embargo, siempre ha habido algunas dudas respecto de si los estudios neonatales de brainstems sería aplicable a la cuestión de los mecanismos del sueño REM adultos. Uno puede imaginar ahora examinar el metabolismo de la membrana y las características esenciales de estos grupos de células, como medio de tener una mejor comprensión del sueño REM función. Sin embargo, como Karlsson et al. "S demuestra el trabajo [21], la mayoría de las neuronas de interés no se concentra en ninguna forma homogénea fácilmente la región de orientación. La identificación de los intereses individuales de las neuronas in vitro sigue siendo un desafío. Este desafío tendrá que superar a fin de determinar el mecanismo de control y comprender mejor la función del sueño REM.

La investigación fue apoyada por el Servicio de Investigación Médica del Departamento de Asuntos de Veteranos y el Instituto Nacional de Salud subvenciones NS14610, HL41370, MH64109, y HL060296.