EEG del sueño para el diagnóstico y la investigación

El sueño es un comportamiento natural que forma parte de nuestra rutina diaria. Está presente en prácticamente todo el reino animal y cumple un papel fundamental en el bienestar humano. Durante el sueño, muchas funciones cerebrales y corporales permanecen activas con fines reparadores. La falta de un descanso adecuado compromete seriamente la homeostasis del ciclo sueño-vigilia, lo que puede derivar en una serie de trastornos que afectan directamente tanto el rendimiento cognitivo como la salud física.

A nivel cerebral, el sueño implica diversos estados diferenciados, que suelen ir desde el sueño ligero hasta el profundo. Cada etapa se asocia con un patrón característico de actividad eléctrica cerebral, el cual puede registrarse mediante un electroencefalograma (EEG). Al analizar los marcadores EEG correspondientes a cada fase del sueño, los expertos pueden determinar la calidad del descanso de una persona, así como diagnosticar posibles trastornos del sueño. Dada la importancia del sueño para la salud física y mental, y ante la creciente prevalencia de alteraciones del sueño, el estudio de los patrones EEG despierta gran interés entre la comunidad científica. En esta publicación, se muestran algunos de los últimos hallazgos neurocientíficos sobre el estudio del sueño humano, junto con aspectos relevantes sobre cómo se investiga a través del EEG.

¿Qué es un EEG del sueño?

Un EEG es una técnica de registro cerebral que se utiliza para evaluar y monitorear los cambios en los patrones de actividad eléctrica. Consiste en pequeños sensores que se fijan al cuero cabelludo mediante auriculares o gorros ergonómicos. Por lo general, un test EEG se emplea para detectar actividad anormal vinculada a trastornos neurológicos, como convulsiones o lesiones cerebrales.

Imagen 1: A la izquierda, un gorro EEG semiseco con sensores a base de agua (Bitbrain Versatile EEG 32). En el centro, un dispositivo de EEG con sensores secos (Bitbrain Hero), y a la derecha, otro equipo de EEG compuesto por sensores secos y textiles, Bitbrain Ikon. 

Un EEG del sueño rastrea y registra en tiempo real la actividad eléctrica del cerebro durante las distintas fases del sueño. Es una herramienta valiosa tanto en investigación como en contextos clínicos para la detección de trastornos relacionados con el sueño.

En la imagen, Bitbrain Ikon Sleep.

Según el objetivo de la evaluación, comúnmente se emplean dos tipos de EEG del sueño:

1. EEG del sueño natural: consiste en registrar la actividad cerebral habitual mientras la persona duerme. La prueba suele realizarse durante una o dos horas, e incluso puede abarcar toda la noche. Es muy útil en el diagnóstico de trastornos del sueño (Campbell, 2009).
2. EEG tras privación de sueño: en el contexto de la epilepsia, esta prueba se realiza después de un periodo de privación de sueño, es decir, cuando la persona ha dormido menos de lo necesario. Este tipo de EEG puede ser útil en casos con sospecha de crisis de ausencia, mioclónicas o focales (Giorgi et al., 2013).

Ambos tipos de pruebas de EEG del sueño pueden proporcionar información valiosa sobre la calidad del sueño. En particular, un EEG de sueño realizado durante toda la noche permite evaluar la estabilidad general del sueño, la duración de los ciclos, la duración de cada etapa, las frecuencias dominantes y otros indicadores neuronales relacionados con la arquitectura del sueño.

Patrones normales de EEG durante el sueño

Un sueño normal y saludable se caracteriza por una duración promedio de entre 7 y 9 horas, cierta regularidad y la ausencia de interrupciones. La estructura típica del sueño se divide en dos grandes fases: el sueño sin movimientos oculares rápidos (NREM) y el sueño con movimientos oculares rápidos (REM), que se alternan a lo largo de la noche. Basado en los cambios distintivos registrados en el EEG, el NREM se subdivide a su vez en cuatro etapas: etapa I, etapa II, etapa III y etapa IV (Nayak y Anilkumar, 2020; Patel, Reddy, Araujo, 2020).

Ciclo entre las etapas REM y NREM

ETAPA I

Esta fase representa la transición entre la vigilia y el sueño, caracterizada principalmente por somnolencia. Suele durar entre 5 y 10 minutos (aproximadamente el 5 % del sueño total).

Durante esta etapa, el EEG suele mostrar:

• Una transición de actividad alfa (frecuencia de 8 a 12 Hz, >50 %) a actividad theta (3–7 Hz, <50 %).
• Un patrón mixto de ondas theta de baja amplitud (3–7 Hz) junto con movimientos oculares lentos (Schupp y Hanning, 2003).
• Presencia de transitorios agudos de vértice (VST): ondas bilaterales de contorno agudo (ondas agudas), con amplitud máxima en las zonas centrales del cuero cabelludo (Stern et al., 2011).

ETAPA II

La etapa II representa aproximadamente el 50% del sueño total. Se considera una fase de sueño ligero y dura alrededor de 20 a 25 minutos por ciclo.

Durante esta etapa, la actividad cerebral continúa disminuyendo, y el EEG revela patrones de ondas cerebrales muy característicos:

Presencia de husos del sueño (∼11–15 Hz): se trata de ondas que aumentan y disminuyen en amplitud, con una duración aproximada de 0,5 segundos. Suelen alcanzar la máxima amplitud en las zonas centrales del EEG (Nayak et al., 2020).

Complejos K: grandes deflexiones negativas (estado inferior), seguidas de una deflexión positiva más tenue (estado superior) en el EEG. Son más prominentes en las regiones frontocentrales y duran cerca de un segundo (De Gennaro, Ferrara y Bertini, 2000).

ETAPA III y IV

Esta etapa corresponde al sueño NREM más profundo, del cual es más difícil despertar. La etapa 3 representa entre el 13% y el 20% y la etapa 4 aproximadamente el 50% del tiempo total de sueño. De acuerdo con la nueva clasificación de puntuación del sueño de la Academia Americana de Medicina del Sueño (AASM, 2009), ambas etapas pueden identificarse como una sola. Su duración suele oscilar entre 20 y 40 minutos.

La actividad del EEG presenta un patrón característico que incluye:

• Ondas delta de alta amplitud y baja frecuencia (0,5–2 Hz), también conocidas como sueño de ondas lentas (SWS; Stern et al., 2011).
• Los husos del sueño pueden mantenerse durante la etapa 3, mientras que disminuyen notablemente en la etapa 4 (Moser et al., 2009).

Los expertos consideran que el sueño profundo cumple una función reparadora importante, ya que permite la recuperación mental y física (Vandekerckhove y Wang, 2017). También es fundamental para el fortalecimiento de nuevos recuerdos (Jenkins y Dallenbach, 1924; Klinzing et al., 2019).

REM

El sueño REM debe su nombre a los característicos movimientos oculares rápidos (REM) que se observan en esta etapa. El estado cerebral durante la fase REM es tan distinto del sueño NREM (etapas I–IV) como lo es de la vigilia. Aunque soñamos tanto en el sueño NREM como en el REM, en este último los sueños tienden a ser más vívidos y con características alucinatorias (Nir y Tononi, 2010). En promedio, una persona puede pasar aproximadamente el 20% de su sueño total en esta fase. Sin embargo, el sueño REM aumenta a medida que avanzan los ciclos de sueño a lo largo de la noche, con un total de cuatro períodos REM de aproximadamente 10–15 minutos de duración.

Las características de las ondas cerebrales del EEG se asemejan a las que se observan en el estado de vigilia, aunque suelen ser algo más lentas y de mayor amplitud:

• Actividad más rápida y de bajo voltaje en el rango de frecuencia de las ondas alfa (8–13 Hz) y theta (4–7 Hz).
• Intervalos de aplanamiento del EEG compuestos por ondas de bajo voltaje (Takahara et al., 2006).
• Un tipo particular de actividad theta (2–5 Hz), denominada "ondas de diente de sierra", reconocible por su morfología similar a la hoja de una sierra. Esta actividad fásica precede al inicio de los movimientos oculares rápidos (Surady et al., 2015).

El sueño REM es esencial para mejorar el procesamiento emocional y funciones cognitivas como la memoria y el aprendizaje (Walker, 2009; Walker y Stickgold, 2010).

Polisomnografía

La polisomnografía es un método ampliamente aceptado para evaluar la estructura y la calidad del sueño. Su objetivo principal es registrar la actividad cerebral y fisiológica durante todas las etapas del sueño, a veces a lo largo de varias noches consecutivas.

Tradicionalmente, se realiza en un laboratorio del sueño o en un hospital durante las horas habituales de descanso del participante. Sin embargo, la neurotecnología moderna permite también la monitorización del EEG del sueño en casa con alta precisión (Mikkelsen et al., 2019; Park y Choi, 2019).

• En entornos clínicos, una prueba de EEG puede ser esencial para detectar anomalías en las ondas cerebrales que podrían indicar diversas enfermedades del sueño. Algunos ejemplos comunes son la apnea obstructiva del sueño y los trastornos del ritmo circadiano sueño-vigilia (Tan et al., 2012). En este sentido, investigaciones recientes han demostrado el valor de la monitorización longitudinal del sueño para estudiar los efectos del insomnio y la privación del sueño sobre la cognición (Ciano et al., 2017).
• En investigación, los registros de EEG permiten estudiar las bases neuronales del sueño durante períodos prolongados, especialmente en distintas condiciones experimentales (por ejemplo, sueño natural, sueño restringido o durante intervenciones farmacológicas).

Últimos estudios y resultados de investigación de EEG del sueño

El estudio del EEG del sueño humano ha crecido considerablemente en los últimos años. La investigación actual abarca una amplia gama de temas que han cobrado creciente interés, incluidos los trastornos neuropsicológicos y del neurodesarrollo, así como el rendimiento cognitivo en poblaciones tanto sanas como clínicas.

A continuación, se detallan algunos de los hallazgos que estas investigaciones han revelado sobre el sueño EEG

Trastornos del neurodesarrollo

Los patrones de sueño registrados mediante EEG experimentan cambios significativos desde el nacimiento hasta la edad adulta. La interrupción de la maduración temprana del cerebro puede implicar problemas de sueño en personas con trastorno por déficit de atención e hiperactividad (TDAH), trastorno del espectro autista/síndrome de Asperger y dislexia del desarrollo (DD) (Angriman et al., 2015).

• Trastorno del espectro autista:

Investigaciones recientes revelan un patrón interrumpido en la actividad de ondas lentas del EEG durante la arquitectura del sueño en personas con autismo. Así lo muestran los resultados reportados por Lehoux (2019). En concreto, los niños con trastorno del espectro autista mostraron un patrón de actividad EEG durante el sueño que difiere del observado en sus pares con desarrollo típico. Curiosamente, se encontraron diferencias tanto en las características morfológicas de las ondas cerebrales como en la distribución de estas en el cuero cabelludo durante el sueño NREM. Estos resultados sugieren un deterioro en la capacidad de modular la actividad del EEG durante el sueño en personas con autismo.

• TDAH:

En un estudio llevado a cabo por la Universidad de Massachusetts (EE.UU.), un hallazgo relevante indicó que los déficits de control inhibitorio, característicos en niños con TDAH, están relacionados con un patrón EEG anormal que involucra actividad REM-theta (Cremone et al., 2017).

Recientemente, investigadores de la Universidad de Granada (España) exploraron la relación entre ciertos parámetros del sueño y el funcionamiento cognitivo en niños con TDAH. Los resultados revelaron que el sueño de ondas lentas y la latencia REM podrían ser predictores del rendimiento cognitivo en estos niños (Ruiz-Herrera et al., 2021).

• Dislexia del Desarrollo (DD)

Un equipo de investigadores de las Universidades de Newcastle y York (Reino Unido) examinó la relación entre la actividad fásica del EEG durante el sueño y la consolidación del vocabulario en niños con dislexia del desarrollo. El estudio concluyó que ciertos parámetros del EEG durante el sueño, como la actividad de ondas lentas y la intensidad de los husos del sueño, podrían influir en la consolidación del vocabulario en niños disléxicos, en comparación con sus pares con desarrollo típico (Smith et al., 2018). Este hallazgo resulta particularmente interesante, ya que sugiere posibles diferencias en la forma en que el sueño contribuye al fortalecimiento del vocabulario en la dislexia.

Rendimiento cognitivo

Las funciones cognitivas, como el aprendizaje y la memoria, la velocidad de procesamiento o la atención, se benefician de un sueño saludable. En la actualidad, una de las principales preguntas de investigación es si es posible mejorar el rendimiento cognitivo mediante la optimización del sueño o de los patrones de actividad neuronal asociados a él.

• Velocidad de Procesamiento

Un estudio reciente liderado por la Escuela de Medicina de Harvard (Boston, EE. UU.) analizó los efectos de la calidad del sueño en una amplia muestra de 3.819 adultos mayores, utilizando monitorización del EEG durante toda la noche. Uno de los hallazgos más destacados fue que los individuos con mejores puntuaciones en velocidad de procesamiento y otros dominios cognitivos mostraban perfiles de sueño similares a los observados típicamente en personas más jóvenes (Djonlagic et al., 2021). Estos resultados apuntan a múltiples aspectos en la evolución de la actividad del EEG durante el sueño en adultos mayores, los cuales podrían predecir distintos efectos sobre el rendimiento cognitivo.

• Memoria Espacial

También se han reportado hallazgos sobre los efectos de la apnea obstructiva del sueño (AOS), un trastorno grave del sueño, en el procesamiento de la memoria de navegación espacial en adultos mayores cognitivamente sanos, en un estudio publicado por Mullins y sus colegas (2021). Se observó que un patrón de actividad de ondas lentas del EEG (etapas 3-4 del sueño) se asociaba con mejoras en el rendimiento de navegación espacial en participantes con AOS, pero no en aquellos sin el trastorno.

• Consolidación de la memoria

El sueño desempeña un papel fundamental en el procesamiento y fortalecimiento de diferentes tipos de recuerdos. Se ha demostrado el impacto de las fases NREM y REM del sueño en el acceso a recuerdos declarativos (hechos o eventos autobiográficos), habilidades motoras y recuerdos emocionales (Wang, 2019). Investigadores de la Universidad de Montreal (Canadá) evidenciaron una relación directa entre los husos del sueño y la reactivación de memorias asociadas al aprendizaje de secuencias motoras (Fogel et al., 2017).
Diversos estudios han mostrado que la interacción entre la actividad de las ondas lentas y los husos durante el sueño NREM es crucial para facilitar la consolidación de la memoria (Mikutta et al., 2019), y que esta interacción está estrechamente relacionada con la reducción del olvido (Denis et al., 2021). Esta evidencia sugiere que, después del aprendizaje, la consolidación de la memoria durante el sueño nocturno puede ser activamente potenciada.

Salud mental

Existe una abrumadora cantidad de evidencia que respalda la importancia de un sueño adecuado para mantener tanto la salud fisiológica como la salud mental. En los últimos años, una línea de investigación particularmente destacada se ha centrado en los efectos neurocognitivos de la interrupción del sueño en pacientes con diversos trastornos neurológicos y psiquiátricos.

• Trastornos psiquiátricos

La actividad anormal del EEG durante el sueño es característica en ciertos trastornos psiquiátricos (Manoach y Stickgold, 2019). Un estudio relevante publicado en 2018 identificó un neuromarcador fenotípico de la esquizofrenia que se manifestó durante el sueño NREM. Los resultados revelaron, por primera vez, un patrón alterado de actividad de ondas lentas y husos del sueño en familiares sanos de pacientes con esquizofrenia, que difiere significativamente del observado en un grupo control (D'Agostino et al., 2018).

• Epilepsia

Los patrones anómalos del sueño EEG, como las convulsiones nocturnas, son comunes en personas con epilepsia. Existen incluso formas de epilepsia que se manifiestan principalmente durante la noche, como la epilepsia rolándica. Un estudio reciente llevado a cabo por Laure Peter-Derex et al. (2020) relacionó las interrupciones del sueño en pacientes epilépticos con la actividad epileptiforme, tanto durante como entre las convulsiones, a lo largo de distintas fases del sueño. Según estos investigadores, la inestabilidad del sueño prolonga los periodos de vigilia nocturna, deteriora significativamente la calidad del sueño y, en consecuencia, afecta negativamente la consolidación de la memoria.

• Deterioro cognitivo en trastornos neurodegenerativos

Las interrupciones del sueño pueden acelerar tanto el proceso de envejecimiento como la aparición de síntomas de demencia. Evidencias significativas reportadas por Djonlagic et al. (2019) identificaron diferencias notables en la actividad EEG durante el sueño NREM en mujeres mayores, en comparación con un grupo de control, hasta cinco años antes del inicio del deterioro cognitivo y su posterior diagnóstico de demencia. Una de las principales contribuciones de este estudio fue la validación de un patrón cuantitativo de EEG del sueño como un posible neuromarcador para la predicción temprana del deterioro cognitivo.

Conclusión

El sueño normal cumple una función reparadora esencial en el cerebro, facilitando la integración de múltiples procesos cognitivos y modulando el estrés emocional. El análisis de la actividad cerebral mediante electroencefalografía (EEG) permite a investigadores y profesionales de la salud obtener una visión más completa de los patrones neuronales característicos del sueño.

Dado el impacto perjudicial que puede tener la interrupción del sueño sobre la salud cognitiva y emocional, la realización de pruebas EEG resulta fundamental para la detección temprana de trastornos del sueño, permitiendo así diseñar planes de tratamiento más eficaces y personalizados.

Actualmente, el estudio del sueño mediante EEG representa un campo de investigación especialmente activo que abarca una amplia gama de temas de interés. Una revisión rápida de la literatura científica reciente revela que la evidencia que respalda el papel del sueño en la regulación del estado de ánimo, la función cognitiva y la salud mental es cada vez más robusta. Sin embargo, aún persisten interrogantes sobre los marcadores neuronales específicos del sueño tanto en individuos sanos como en poblaciones clínicas.

Sin duda, la investigación continuará arrojando nuevos conocimientos sobre el desarrollo y las funciones del sueño. Además, se prevé que los futuros avances en neurotecnología —especialmente aquellos aplicables en el entorno doméstico— permitirán un acceso más amplio y práctico a la monitorización EEG, revolucionando el diagnóstico y el tratamiento de los trastornos del sueño.

Sobre la autora

Cristina Gil-López, Ph.D.
Investigadora en el Instituto de Psicología y Neurocognición (LPNC), Universidad de Grenoble (Francia) / Investigadora Asociada en la Universidad Politécnica de Valencia (España)

Cristina Gil-López es una neurocientífica con una sólida trayectoria en la investigación de la cognición humana, tanto en contextos académicos como industriales. Su trabajo se centra en el estudio de los patrones EEG asociados a la percepción visual, el procesamiento del lenguaje y las emociones. Además, investiga los efectos de la estimulación cerebral no invasiva en la mejora del rendimiento cognitivo. Apasionada por los misterios del cerebro humano, Cristina está comprometida con una investigación rigurosa y con la aplicación práctica de la neurotecnología para mejorar la calidad de vida.

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