Stanford , Sueño y genes

Universidad de Stanford, Sueño y genes

A medida que la investigación del sueño en Stanford cumple 50 años, una nueva generación de científicos está utilizando técnicas biomédicas para iluminar los misterios de Nod.

Ilustraciones de Ellen Weinstein.

Sleep, el estado inescrutable que ha debilitado la conciencia durante millones de años, finalmente está en tendencia. Los anuncios de redes sociales hallan dispositivos portátiles que rastrean los ritmos circadianos. Las nuevas empresas de colchones prometen un descanso inmaculado. Los suplementos nos someten a hormonas y hierbas exóticas. Los sitios de pirateo del sueño ensalzan los anteojos que bloquean la luz azul, las cortinas opacas y reservan la habitación como un santuario para descansar. Después de décadas de ser acelerado a la hiperproductividad, nos acostamos ansiosos en la cama, tan conscientes de las recompensas del sueño que tenemos miedo de perdernos.

William Dement,

El profeta del sueño, si tuviera uno, podría ser quien, en 1970, fundó la Clínica de trastornos del sueño de Stanford (ahora el Centro de medicina del sueño), la primera instalación médica del mundo de este tipo. En 1971, comenzó a enseñar Sleep and Dreams, que se convirtió en uno de los cursos más populares en la historia de Stanford. Durante casi medio siglo, el profesor de psiquiatría y ciencias del comportamiento advirtió sobre los peligros de la falta de sueño no solo para la salud del cerebro sino también para la seguridad en las carreteras, los cielos y la alta mar. Educó a más de 21,000 estudiantes, enviando filas de expertos en sueño a la industria y la academia, al tiempo que convirtió a la universidad en un centro y lugar de peregrinación para aquellos que intentan los misterios de Nod.

Rafael Pelayo,

 

Hace cinco años, Dement comenzó a preparar a su sucesor de Sueños y Sueños: Rafael Pelayo, profesor clínico en la división de medicina del sueño del departamento de psiquiatría. Pelayo, quien, en 1993, como estudiante de medicina en el Bronx, descubrió su pasión por la investigación del sueño al leer sobre Dement en National Geographic, se hizo cargo de Sleep and Dreams hace tres años. Pero Dement, a los 91 años, todavía asiste, con un micrófono inalámbrico conectado a su solapa para poder intercalar canciones (él es un músico capacitado) e historias (por ejemplo, sobre trabajar con los científicos que descubrieron REM, la fase del sueño con rapidez movimiento ocular y sueños, en la década de 1950).

Para tener una idea del legado de Dement en la investigación del sueño, solo es necesario navegar por la lista de profesores invitados en Sleep and Dreams. Tomemos a Cheri Mah, ’06, MS ’07, quien, como estudiante de pregrado, mostró cómo la mayor duración del sueño se asocia con una mayor puntuación en los juegos de baloncesto. Ella desarrolló una fórmula para predecir las victorias de la NBA en función de la fatiga, teniendo en cuenta los viajes, el tiempo de recuperación y la ubicación y frecuencia de los juegos. Su poder predictivo era tan grande que la NBA ajustó su calendario para permitir a los jugadores descansar más. O está Mark Rosekind, ’77, el primer experto en sueño designado para la Junta Nacional de Seguridad del Transporte y más tarde el decimoquinto administrador de la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras. Cuando era asistente de enseñanza en Sueño y sueños, Rosekind se unió a un estudio de cama de agua realizado por Dement en el que la futura esposa de Rosekind, Debra Babcock, ’76, también participó. “La forma en que Mark lo ha dicho públicamente”, recuerda Pelayo, “así fue como se conocieron, durante un estudio de investigación en una cama de agua”. Eso fue en los años 70 ”.Sueño y genes

Después de pasar esas décadas criticando a las personas que se jactaban de escatimar en el sueño, Dement ahora está siendo reivindicado por una serie de nuevas tecnologías que evolucionan rápidamente. Millones de personas usan rastreadores de sueño cuyos datos son procesados ​​por el aprendizaje automático. Millones de genomas secuenciados dan una idea de cómo los humanos están programados para dormir. Los científicos entienden mejor la compleja relación del sueño con la salud física y mental. Y la cultura pop ha respondido rápidamente. Clickbait presenta los hábitos de sueño de los CEOs famosos: Elon Musk duerme de 1 am a 7 am; Bill Gates está metido en la medianoche. El cerebro descansado y productivo es el nuevo bíceps flexionado. Sueño y  genes

Aquí observamos una serie de dominios sombríos en los que la generación actual de científicos del sueño está iluminando. Algunos de sus estudios leen como las premisas de las películas de ciencia ficción, mientras que otros son lo suficientemente inquietantes como para mantenerte despierto por la noche.  Sueño y genes

Ilustración de la cabeza de un hombre saliendo de un agujero en su cama doble.

Los genes de las pesadillas

Hanna Ollila, instructora visitante en psiquiatría y ciencias del comportamiento, se interesó en dormir durante sus años de secundaria en Finlandia, cuando ella y sus amigas discutían por qué la gente duerme. Cinco años después, comenzó un doctorado en ciencias del sueño. Ella se asoció con un compañero de posgrado, apropiadamente llamado Nils Sandman, para investigar pesadillas, clínicamente definidas como sueños negativos que hacen que el soñador se despierte. En un estudio de 2013, encontraron que los veteranos de guerra, especialmente aquellos que vieron combates, eran comparativamente propensos a tener pesadillas, y que las pesadillas se correlacionaban con insomnio, depresión y ansiedad.

Las pesadillas postraumáticas tenían sentido, pero Ollila sentía cada vez más curiosidad por las pesadillas idiopáticas, aquellas sin una causa conocida. Aunque las pesadillas eran raras en la población en general, los estudios anteriores habían demostrado que si un gemelo las tenía, el otro a menudo también. Ollila se preguntó si las pesadillas idiopáticas tenían una base genética.  Sueño y genes

A menudo vistos como profundamente personales, los sueños y las pesadillas han eludido la explicación científica durante décadas. “Cuando la gente piensa en soñar”, dice Ollila, “piensan en Freud. No es una ciencia muy seria. Queríamos hacer un estudio que nos diera pruebas científicas de que las pesadillas son realmente importantes y que soñar es importante. La genética es una buena manera de hacerlo porque los genes no cambian durante su vida “.  Sueño y genes

Ollila y su equipo llevaron a cabo un estudio de asociación de todo el genoma en el que 28,596 personas recibieron cuestionarios sobre el sueño y se analizaron sus genomas. Los resultados: Dos variantes genéticas fueron más comunes en personas que reportaron pesadillas. La primera variante se encuentra cerca de PTPRJ, un gen correlacionado con la duración del sueño, y la segunda está cerca de MYOF, que codifica una proteína altamente expresada en el cerebro y la vejiga.Sueño y genes

Desenredar la causalidad en la genética es complicado, y en este caso, descifrar los resultados es particularmente desafiante, ya que las variantes están en regiones no expresadas del ADN: aquellas que no codifican rasgos pero podrían afectar la regulación o el empalme de muchos genes cercanos. Entonces, aún no está claro qué, si acaso, tienen que ver los dos genes más cercanos con las pesadillas per se. Dado que las personas tienen más probabilidades de recordar los sueños en los que se despiertan, aquellos con las variantes podrían no tener más pesadillas. Simplemente pueden despertarse más a menudo, ya sea porque PTPRJ afecta la duración del sueño o porque MYOF resulta en viajes nocturnos al baño. O las variantes podrían tener relaciones muy diferentes y posiblemente más complejas con las pesadillas.  Sueño y genes

Ilustración de un hombre que se duerme en su escritorio, descansando su cabeza sobre el teclado de su computadora con un reloj gigante detrás de él.

El sueño, el nuevo biomarcador de salud  Sueño y genes

Si bien los esfuerzos de Dement para educar a las personas sobre los peligros de la falta de sueño han dado sus frutos, y la industria ha ajustado los estándares de seguridad para permitir períodos de descanso, los nuevos estudios sugieren que el sueño influye en la salud en más formas de las que se imaginaba anteriormente. Un creciente cuerpo de investigación revela que las personas están programadas para dormir de manera diferente. Algunos se actualizan después de solo seis horas, mientras que otros necesitan nueve. Y un estudio reciente en el que participó Ollila encontró 42 variantes genéticas asociadas con la somnolencia diurna. Para las personas y los empleadores, el conocimiento de los genes del sueño podría evitar accidentes automovilísticos o laborales mientras se logra una mayor felicidad y productividad.  Sueño y genes

Los genes asociados con el sueño también están involucrados en otros procesos biológicos y tienen un papel en los problemas de salud. “El sueño es una especie de ancla central que conecta muchos tipos diferentes de enfermedades”, dice Nasa Sinnott-Armstrong, estudiante de doctorado en genética que trabaja con Ollila. Los genes implicados en el sueño están relacionados con enfermedades cardíacas, metabólicas y autoinmunes, así como con obesidad, diabetes tipo 2, esquizofrenia, trastorno bipolar y depresión. Tales problemas de salud, dice Sinnott-Armstrong, parecen evolucionar junto con la interrupción del sueño: “Pienso en el sueño como un biomarcador autoinformado realmente bueno para muchas enfermedades importantes”.Sueño y genes

La investigación más amplia sobre el sueño y la salud coincide con la de las pesadillas, ya que, como profesora asistente de psiquiatría y ciencias del comportamiento, Rebecca Bernert ha demostrado, las pesadillas frecuentes se correlacionan con los trastornos psiquiátricos y el comportamiento suicida, incluso en ausencia de depresión. Entonces, la pregunta, pregunta Ollila, es si controlar el sueño de acuerdo con nuestra genética podría tener beneficios para la salud mental. “Si trata el componente del sueño de manera eficiente”, dice ella, “puede tener un impacto en el trastorno psiquiátrico”.S

Ilustración de perro dormido, parado afuera en el césped y sosteniendo la pelota de tenis en su boca.

No dejar que los perros dormidos mientan

En 1974, Dement trajo un caniche francés llamado Monique a Stanford. El perro tenía narcolepsia, una afección que afecta a 1 de cada 2,000 personas, lo que hace que se duerman repetidamente en el transcurso de cada día. Sus síntomas varían desde colapsar durante momentos de excitación hasta alucinaciones como si estuviese soñando con sumergirse en el sueño REM. La narcolepsia presenta peligros constantes, ya sea que una persona conduzca, cocine, lleve a un niño o se bañe en el océano.

Para 1976, Dement había establecido una colonia de perros narcolépticos, y en la década de 1980 fundó el Centro de Narcolepsia de Stanford. Emmanuel Mignot, un investigador francés del sueño, llegó en 1986 para estudiar a los perros, y en 1999 descubrió la causa de la narcolepsia: la falta de hipocretina, una molécula de señalización que controla la vigilia y se produce en parte del hipotálamo, un área pequeña en el cerebro que regula procesos como los ritmos circadianos, la temperatura corporal y el apetito. El área que produce hipocretina contiene solo 70,000 de las 86 mil millones de neuronas del cerebro, y en narcolepticos, han sido diezmadas. El culpable: ciertas cepas del virus de la gripe, especialmente H1N1. Los receptores del virus se parecen a los de las neuronas. Los glóbulos blancos que se dirigen a la gripe destruyen inadvertidamente las neuronas también, causando narcolepsia de por vida.

Profesor de psiquiatría y ciencias del comportamiento y director del centro de narcolepsia, Mignot ahora está utilizando grandes bases de datos genéticas para evaluar si ciertas personas son más vulnerables a la destrucción de sus neuronas productoras de hipocretina. Él y sus colaboradores también están investigando y probando posibles tratamientos. “Es muy emocionante”, dice Mignot, “porque los nuevos medicamentos basados ​​en esta vía de hipocretina están llegando ahora al mercado”.

En cuanto a los perros narcolépticos de Stanford, el último murió en 2014. Para entonces, la colonia había cerrado hace mucho tiempo y el perro restante, llamado Bear, vivía con Mignot y su esposa. Pero al año siguiente, un criador de perros contactó a Mignot y le preguntó si quería un cachorro narcoléptico de Chihuahua. Hoy, cuando Mignot da conferencias invitadas para Sleep and Dreams, trae a Watson, el Chihuahua. “Cualquier estudiante en cualquier parte del país puede aprender sobre el sueño”, dice Rafael Pelayo, “pero solo aquí en Stanford pueden realmente tener un perro narcoléptico en sus brazos mientras lo están aprendiendo”.

Ilustración de una cama en la cima de un rascacielos con una mujer vestida con pijama y una capa, saltando y volando.

Soñar en

Cuando era adolescente, Jonathan Berent, ’95, otro profesor invitado en Sleep and Dreams, leyó sobre los sueños lúcidos y, siguiendo las instrucciones de un libro, se enseñó a sí mismo a mantenerse consciente de sus sueños e incluso, en cierta medida, a controlarlos. Por la noche, podía volar o explorar paisajes fabulosos, reales o imaginarios. “Realmente se siente como una superpotencia”.

En Stanford, Berent leyó el trabajo de Stephen LaBerge, PhD ’80, quien investigó los sueños lúcidos. Berent lo contactó y, con su tutoría, escribió un artículo explorando el potencial de los sueños lúcidos para arrojar luz sobre la naturaleza de la conciencia. Después de completar una licenciatura en filosofía y estudios religiosos, Berent entró en la industria tecnológica; ahora trabaja en Alphabet, la empresa matriz de Google. Independientemente, continuó investigando sueños lúcidos, y en 2015 colaboró ​​con Ken Paller, director de neurociencia cognitiva en Northwestern, para desarrollar una máscara de sueño inteligente que ayude a las personas a coreografiar sus sueños. El prototipo utiliza pulsos de luz sutiles para que los durmientes sean conscientes de que están soñando. También les da señales de sonido utilizando la reactivación de memoria dirigida, una técnica en la que las actividades seleccionadas se combinan con tonos durante el día.

Mejor aún: el soñador puede responder. Durante el sueño REM, el cerebro apaga las neuronas que controlan prácticamente todos los músculos, paralizando el cuerpo. Solo los ojos pueden moverse. En la década de 1980, LaBerge propuso que la comunicación bidireccional durante el sueño fuera posible por los soñadores lúcidos que aprenden a controlar sus ojos; Si se les transmitiera información, podrían responder con movimientos oculares. Berent imagina usar una serie de movimientos oculares codificados que una máscara transmite a una computadora para su interpretación. Contempla escenarios en los que un científico se conecta con soñadores. “¿Puede hacer una pregunta específica”, dice, dando el ejemplo de un simple problema aritmético, “y puede la persona quedarse dormida, hacer los cálculos y responder?”

Para Berent, aprovechar el poder del inconsciente es el objetivo final, pero la máscara puede tener más usos comerciales: se puede sincronizar con auriculares de realidad virtual, de modo que el soñador pueda recibir la señal de dónde dejó en realidad virtual, los juegos desde el anochecer hasta el amanecer. (El equipo de Berent también creó una aplicación, Lucid Reality, que entrena a las personas para tener sueños lúcidos sin la máscara).

Pero si hacer sonar el subconsciente en busca de inspiración o participar en tiroteos de videojuegos durante REM suena menos que tranquilo, Berent está de acuerdo. A pesar de los efectos energizantes del sueño lúcido, se siente un poco menos renovado a la mañana siguiente. Cuando estaba explorando más activamente los sueños lúcidos, dice: “Lo hice tantas veces como sentí que quería, y eso terminó siendo dos veces a la semana. Necesitaba esas otras noches libres.

Ilustración de una cara completamente despierta y una cara dormida.

La revolución del sueño

El desafío al estudiar el sueño y los sueños ha sido conectarlos con los procesos biológicos que los sustentan. Hasta ahora. “El campo del sueño está en la confluencia de tres revoluciones”, dice Mignot. “Uno es la genética y la proteómica, la revolución biológica. El segundo es la revolución del hardware. Y luego hay una revolución de datos “.

En genética, la ciencia compleja detrás de los rasgos poligénicos, aquellos con orígenes en múltiples genes, requiere encontrar correlaciones entre millones de variantes y rasgos. Hacer eso es el enfoque del laboratorio de genética computacional del profesor de biología y genética Jonathan Pritchard (con quien Ollila y Sinnott-Armstrong trabajan en el sueño, la salud y las pesadillas). Pritchard explica que históricamente se ha encontrado una correlación genética con los rasgos al observar las similitudes entre los miembros de la familia. Ahora, los investigadores implementan técnicas computacionales y aprendizaje automático para examinar un gran número de genomas, determinando si las personas con características similares tienen genotipos similares. “Los primeros estudios de asociación del genoma completo fueron alrededor de 2006. Eran muy pequeños. El estudio más grande entonces fue de 20,000 personas ”, dice Pritchard. “La tecnología se ha movido muy rápido. Ahora, para muchos fenotipos, estamos llegando a un millón ”.

Con mejoras tecnológicas y la disminución en el costo de la secuenciación de genes de $ 100 millones en 2001 a $ 1,000 en la actualidad, Ollila señala que nuestra comprensión de los rasgos genéticos de comportamiento está creciendo rápidamente. “Big data ha revolucionado la forma en que entendemos lo que modifica el sueño a nivel genético”, dice ella. Y algunos registros de pacientes están combinando datos genéticos con registros médicos, lo que permite a los investigadores una mayor comprensión. “El Biobanco del Reino Unido revolucionó el estudio de las características comunes del sueño”, dice, refiriéndose al registro genético de medio millón de personas, “ya que tenía un tamaño de muestra suficiente y tenía cuestionarios de rasgos del sueño”.

Pero mientras que la revolución genética ha sido bien publicitada, la proteómica —el estudio de las proteínas— no ha recibido mucha atención de los medios. Sin embargo, cada gota de sangre contiene miles de proteínas, cada una codificada por un gen diferente antes de ser modificada dentro de las células y secretada en nuestra sangre. A través de la proteómica, los científicos pueden ver el nivel de expresión de los genes y aprender cómo las modificaciones de proteínas reflejan nuestra salud.

Mignot ahora puede enviar sangre a SomaLogic, una empresa con sede en Boulder, Colorado, cuya tecnología puede medir hasta 5.500 proteínas diferentes en cada muestra de 100 microlitros, una décima parte de un mililitro. “Es un poco como la fusión [nuclear]”, dice Mignot sobre la proteómica. “Durante 20 años, hemos estado diciendo que será la próxima revolución, y todavía estamos esperando. Sin embargo, creo que realmente está sucediendo ahora ”. Las proteínas se pueden usar para identificar estados fisiológicos y problemas de salud mucho antes que otras herramientas de diagnóstico. Por ejemplo, pueden revelar precisamente lo que está sucediendo con los ritmos circadianos de alguien. “Si viajas desde Tokio”, dice Mignot, “puedo tomar una muestra de sangre y ver que todavía estás en horario de Tokio”.

Hasta ahora, muchos datos sobre el sueño se han basado en descripciones autoinformadas, ya sea que los sujetos del estudio roncan o se mueven, pero el objetivo de Mignot es alejarse de este modelo. Explica que muchas personas que se quejan de insomnio piensan que están dormidas solo durante una o dos horas, pero en realidad están dormidas durante cinco o seis horas. Dado que la percepción del propio sueño a menudo es nebulosa, quiere los datos concretos: el conocimiento de qué ondas cerebrales se correlacionan con qué proteínas en el contexto de genotipos específicos.

Junto con la revolución en el hardware, dispositivos portátiles que rastrean las ondas cerebrales y las etapas de sueño, la revolución de los datos ha transformado la cantidad de información que se puede procesar. Ahora, en una clínica del sueño, los algoritmos informáticos pueden analizar las ondas cerebrales y establecer correlaciones entre los patrones de sueño y miles de proteínas y genes. Eventualmente, una vez que se han compilado los datos de un número suficiente de pacientes, la información de la secuenciación de genes y una gota de sangre podría ser suficiente para diagnosticar un trastorno del sueño.

“Hay cientos de empresas, literalmente cientos, que están tratando de medir el sueño como un signo vital para la salud”, dice Mignot. Él mismo diseñó una prueba que encuestaría a 30,000 personas, un número lo suficientemente grande como para derivar patrones precisos de los datos, utilizando análisis de proteómica, genética, hardware y computadora. No se recibió una solicitud inicial de financiación, pero no se inmuta. “Soy muy persistente”, dice. “Dormir será una de las próximas olas. Está listo para una explosión de comprensión debido a toda esta nueva tecnología “.

Si la investigación del sueño continúa a buen ritmo, las próximas décadas prometen avances en la comprensión de cómo nuestra biología regula el sueño y en los dispositivos que nos ayudan a hacerlo. Así como la luz artificial ha frustrado nuestros relojes internos, los dispositivos intentarán restablecerlos mediante la gestión de los patrones de sueño y la exposición a la luz de acuerdo con nuestra genética. A medida que avanzamos hacia una revolución científica tras otra, nuestros dispositivos pueden alejarnos de los problemas de salud al mantenernos en ritmos biológicos desde el comienzo de nuestra evolución, al tiempo que nos permiten vivir nuestros sueños más salvajes cada vez que cerramos los ojos.


Deni Ellis Béchard es escritor senior  en Stanford

Texto original Ingles ; Sleep and genes   

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