El sistema auditivo en el ciclo sueño-vigilia / The auditory system in sleep

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 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 (AU)

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 (AU)

El procesamiento sensorial podría estar organizado en el tiempo por ritmos cerebrales ultradianos / Sensory processing could be temporally organized by ultradian brain rhythms

Introducción. La actividad neuronal de sistemas sensoriales depende de múltiples factores provenientes del ambiente, el cuerpo y el propio cerebro. Varios son los ritmos que afectan al procesamiento sensorial, como el ciclo vigilia-sueño y ritmos ultradianos como el ritmo theta ( θ) del hipocampo, que nos ocupa en el presente trabajo. El hipocampo, estructura reconocidamente involucrada en los procesos de aprendizaje y memoria, posee un ritmo característico, el ritmo θ(4-10 Hz), presente en todos los estados del comportamiento. Este ritmo ha sido relacionado temporalmente con movimientos voluntarios, automáticos y reflejos, tanto durante la vigilia como en el sueño, así como con el control autonómico de la frecuencia cardíaca. Por otra parte, se ha considerado como un detector de novedad, el cual expresa distintos niveles de atención, selecciona las señales de interés y protege de la interferencia. Desarrollo y conclusiones. Nuestra investigación se basa en la hipótesis de que los procesamientos sensoriales necesitan de una organización temporal, una secuenciación de la información que debe procesarse y almacenarse, y que el ritmo θdel hipocampo podría contribuir con dicha función. Hemos demostrado que las descargas unitarias tanto de neuronas auditivas como visuales en cobayas presentan correlación temporal con el ritmo θhipocámpico (phaselocking). Esta relación temporal aparece tanto en las descargas espontáneas como en las provocadas por los estímulos específicos para cada modalidad sensorial. Las descargas neuronales fluctúan entre la situación de correlación y no correlación de fase con el ritmo θ. Este estado cambiante depende de distintas situaciones, conocidas y desconocidas. Podemos provocar, cambiando los estímulos visuales, un aumento en la potencia del ritmo θy la aparición de correlación temporal entre este ritmo y las descargas de más del 50% de las neuronas del núcleo geniculado lateral durante la vigilia. Durante el sueño lento los resultados son diversos: se demuestra que las vías de procesamiento de la información son diferentes

Introduction. Neuronal activity of sensory systems depends on input from the environment, the body and the brain itself. Various rhythms have been shown to affect sensory processing, such as the waking-sleep cycle and hippocampal theta waves, our aim in this revision. The hippocampus, known as a structure involved in learning and memory processing, has the theta ( θ) rhythm (4-10 Hz), present in all behavioural states. This rhythm has been temporally related to automatic, reflex and voluntary movements, both during wakefulness and sleep, and in the autonomic control of the heart rate. On the other hand θ rhythm has been considered as a novelty detector expressing different level of attention, selecting the information and protecting from interference. Development and conclusions. Our research is based on the hypothesis that sensory processing needs a timer to be processed and stored, and hippocampal θrhythm could contribute to the temporal organization of these events. We have demonstrated that auditory and visual unitary discharges in guinea pigs show phase-locking to the hippocampal θrhythm. This temporal correlation appears during both spontaneous and specific sensory stimulation evoked discharges. Neuronal discharges fluctuate between phase-locked and uncorrelated firing modes relative to the θ rhythm. This changing state depends on known and unknown situations. We have provoked, changing the visual stimuli, a power θrhythm increment and the phase-locking between this rhythm and the lateral geniculate neurone discharge during wakefulness. In slow wave sleep results were different demonstrating that the ways of the inputs processing have changed

Procesamiento de la información auditiva en vigilia y sueño / Auditory information processing in wakefulness and sleep

Se propone la idea de que las redes neuronales correspondientes a los estados de vigilia y de sueño pueden ser moduladas por la estimulación sensorial y viceversa, la entrada de información sensorial puede ser influida por el estado del SNC, esto es, sueño o vigilia. A) El sistema auditivo presenta un flujo sanguíneo cerebral aumentado durante el sueño; B) es un sistema sensorial telerreceptor que se mantiene relativamente abierto durante el sueño; C) Un 65 por ciento de los ensueños poseen imágenes auditivas, es decir, el sistema auditivo y la memoria relacionada aportan los datos para participar en la actividad onírica; D) la sordera experimental cambia la arquitectura del sueño en cobayas y aumenta el tiempo de sueño lento y paradójico disminuyendo la vigilia. Existen proporciones diferentes de descargas provocadas de neuronas auditivas durante el sueño, aumentando, disminuyendo o respondiendo igual que en vigilia tranquila. No se ha descrito aun ninguna neurona auditiva que detuviera sus descargas al pasar al sueño en mamíferos. Aproximadamente la mitad de las neuronas estudiadas no presentaron cambios en sus descargas al pasar de la vigilia al sueño, manteniendo al SNC en continua relación con el ambiente. Aquellas neuronas que incrementan o disminuyen sus descargas al pasar al sueño serían participantes de redes neuronales relacionadas con los procesos del sueño. Las posibilidades de interacción entre neuronas auditivas y procesos de sueño pueden ocurrir a diversos niveles, desde la protuberancia hasta la corteza homo o contralateral. Estas aportaciones experimentales básicas sugieren que el aprendizaje a través del sistema auditivo durante el sueño es probable dado que la información auditiva llega al SNC. Postulamos, además, que el ingreso de información sensorial auditiva durante el largo tiempo pasado en sueño en el período temprano de vida postnatal debe participar en la maduración del cerebro, de sus redes neuronales (AU)

Firing of inferior colliculus neurons in response to low-frequency sound stimulation during sleep and waking.

In vivo extracellular recordings of 102 units in the central nucleus of the inferior colliculus (IC), were made in chronically implanted guinea-pigs during the sleep/wake cycle. During wakefulness, the units were classified according to their response characteristics. Most neurons (63%) recorded showed changes, increasing or decreasing in the number of evoked discharges during the animal's transitions between wakefulness and slow-wave sleep. In the paradoxical sleep phase, the result was similar; changes were observed in most neurons, while only 11% of units did not shift their discharge pattern during ipsilateral sound stimulation. The post-stimulus time histogram of the overall evoked pattern of discharge showed sleep/wake dependency, i.e. changed in 35% of the units recorded during the 50 ms of sound stimulation. Fifty-five percent of auditory neurons did not show any change in the spontaneous firing rate during slow-wave sleep as compared to the previous waking period, while 22% exhibited a discharge increase and 23% decreased their firing. During paradoxical sleep, 14 out of 17 cells increased their spontaneous firing rate. The IC auditory neurons send descending connections to regions such as the dorsal pontine nuclei, known to mediate sleep processes. Thus, for constant auditory input, the firing rate or number of discharge variations are due to functional shifts in the sleeping brain. Auditory processing is present during sleep and differs from that observed during wakefulness. Differences were observed in the evoked firing number and/or spontaneous rate, as well as in the pattern of discharge. The ultimate reason for auditory unit shifts during sleep remains yet unexplained.