Circadian rhythm

The Circadian Rhythms

Los Ritmos Circadianos

Throughout a 24-hour day, our brain experiences different states. We are awake during the day and we sleep during the night. We generally feel alert in the morning but drowsier in the evening. Thus, the way we feel, react, think, or perform varies over time and depends on the state of our brain. Behavioral states, global cognitive performance, and alertness can be indexed through speed, memory, or vigilance tasks. Although they can provide us with valuable information, they do not give any details about brain activity, which is responsible for how we perform

A través de un día de 24 horas, nuestro cerebro experimenta estados diferentes. Estamos despiertos durante el día y dormimos durante la noche. Generalmente nos sentimos en alerta por la mañana, pero somnolientos por la noche. Por lo tanto, la forma en que sentimos, reaccionamos, pensamos o realizamos varía con el tiempo y depende del estado de nuestro cerebro. Los estados conductuales, el desempeño cognitivo global y el estado de alerta pueden ser indexados a través de tareas de velocidad, memoria o vigilancia. Aunque pueden proporcionarnos información valiosa, no dan detalles sobre la actividad cerebral, que es responsable de cómo lo hacemos.

Global brain activity fluctuates considerably across the sleep-wake cycle. During wakefulness, the EEG displays fast, low voltage and desynchronized activity. In contrast, during sleep, cortical activity is characterized by slower, higher voltage and more synchronized waves. Cortical activity varies also with time spent awake. 

La actividad cerebral global fluctúa considerablemente a lo largo del ciclo sueño-vigilia. Durante la vigilia, el EEG muestra actividad rápida, baja y desincronizada. Por el contrario, durante el sueño, la actividad cortical se caracteriza por ondas más lentas, de mayor tensión y más sincronizadas. La actividad cortical varía también con el tiempo que se pasa despierto.

Sleep homeostasis follows the same principles as other homeostatic processes, as originally conceptualized by Bernard in 1865. It is characterized by an increase or decrease of sleep pressure as wakefulness extends or sleep progresses, respectively. Sleep pressure accumulates or dissipates in a saturating exponential fashion and is almost exclusively dependent on sleep-wake behavior. The second process, the circadian rhythmicity, is an endogenous cycle, whose period is approximately 24 hours. It provides synchrony between an organism's internal biological timing and the external passage of day and night. This process is controlled by the suprachiasmatic nucleus (SCN), which is located in the anterior part of the hypothalamus. In humans, the circadian clock increasingly promotes wakefulness during the day, opposing the gradual buildup in homeostatic sleep pressure. Therefore, this endogenous process is what enables us to have a sleep-wake balance of nearly 8 h–16 h. Beyond normal sleep time, the circadian signal switches to a sleep-promoting signal, and the organism can no longer fight off sleep as efficiently as it does during the day. Throughout sleep, the sleep-promoting signal increases to counter the reduced sleep need. Hence, brain function may heavily rely on sleep-wake history and circadian processes.

La homeostasis del sueño sigue los mismos principios que otros procesos homeostáticos, tal como fue conceptualizado originalmente por Bernard en 1865. Se caracteriza por un aumento o disminución de la presión del sueño a medida que la vigilia se extiende o el sueño progresa, respectivamente. La presión de sueño se acumula o se disipa de forma exponencial y depende casi exclusivamente del comportamiento sueño-vigilia. El segundo proceso, la ritmicidad circadiana, es un ciclo endógeno, cuyo período es de aproximadamente 24 horas. Proporciona sincronía entre el tiempo biológico interno del organismo y el paso externo del día y de la noche. Este proceso es controlado por el núcleo supraquiasmático, que se localiza en la parte anterior del hipotálamo. En los seres humanos, el reloj circadiano promueve cada vez más la vigilia durante el día, oponiéndose a la acumulación gradual en la presión homeostática del sueño. Por lo tanto, este proceso endógeno es lo que nos permite tener un equilibrio sueño-vigilia de casi 8 h-16 h. Más allá del tiempo de sueño normal, la señal circadiana cambia a una señal de promoción del sueño, y el organismo ya no puede luchar contra el sueño tan eficientemente como lo hace durante el día. Durante el sueño, la señal de promoción del sueño aumenta para contrarrestar la menor necesidad de sueño. Por lo tanto, la función cerebral puede depender en gran medida de la historia sueño-vigilia y los procesos circadianos.