Un nuevo estudio publicado en Communications Biology revela que la cafeína remodela la actividad eléctrica del cerebro durante el sueño, incrementando su complejidad e inclinando las redes neuronales hacia un estado más excitable y dinámico. Estos cambios, según Philipp Thölke y colaboradores, fueron particularmente notorios durante el sueño no REM y en adultos jóvenes, lo que sugiere que la edad y la fase del sueño influyen en la respuesta cerebral a la cafeína nocturna.
Estos hallazgos, según el estudio de Thölke y su equipo, arrojan luz sobre cómo la cafeína influye en los ritmos internos del cerebro, más allá de simplemente mantener a las personas despiertas, ofreciendo nuevas perspectivas sobre sus efectos potenciales en la calidad del sueño y la función cerebral.
Impacto de la cafeína en el ritmo cerebral nocturno
La cafeína es el estimulante psicoactivo más consumido a nivel mundial, presente en café, té, refrescos, chocolate y diversos medicamentos. Si bien sus efectos estimulantes son bien conocidos, los científicos aún exploran cómo modifica la actividad cerebral durante el sueño, un período crucial para procesos reparadores y reguladores cerebrales.
El estudio de Thölke y colaboradores se centró en descubrir cómo la cafeína altera la estructura y complejidad de la actividad cerebral en distintas fases del sueño. Los investigadores estaban particularmente interesados en determinar si la cafeína afecta la «criticalidad» cerebral, un equilibrio teórico entre orden y caos que se cree optimiza el procesamiento de la información.
Investigaciones previas han demostrado que, en estados de vigilia, una mayor complejidad cerebral está vinculada a un mejor funcionamiento cognitivo. Sin embargo, no estaba claro cómo la cafeína podría influir en esta complejidad durante el sueño, cuando la dinámica cerebral tiende naturalmente hacia una menor actividad y patrones más regulares.
«El uso generalizado de la cafeína entre el público hace de este tema una importante consideración para la salud. Comprender cómo la cafeína afecta la arquitectura del sueño y la dinámica cerebral, medida a través de EEG, puede ayudar a aclarar su impacto en la salud neuronal», afirma Philipp Thölke, investigador del Laboratorio de Neurociencia Cognitiva y Computacional (CoCo Lab) de la Universidad de Montreal.
La actividad cerebral bajo los efectos de la cafeína
Para analizar estas cuestiones, Thölke y sus colegas analizaron la actividad cerebral de 40 adultos sanos de entre 20 y 58 años. Los participantes pasaron dos noches separadas en un laboratorio del sueño: una después de ingerir 200 mg de cafeína (equivalente aproximadamente a dos tazas de café) y otra después de ingerir un placebo. El estudio empleó un diseño cruzado doble ciego, lo que significa que ni los participantes ni los investigadores sabían qué condición se administraba en una noche determinada.
Todos los participantes no presentaban afecciones médicas ni psiquiátricas, tenían hábitos moderados de consumo diario de cafeína y se abstuvieron de consumirla después del mediodía en los días de la prueba. Su sueño fue monitoreado mediante EEG, que registra las señales eléctricas del cerebro a través de electrodos colocados en el cuero cabelludo. Los investigadores dividieron el sueño en dos categorías principales para el análisis: no REM (que incluye el sueño ligero y profundo) y REM (la fase asociada con los sueños).
El equipo de investigación extrajo una amplia gama de características de los datos del EEG, incluidas medidas tradicionales basadas en la frecuencia y métricas más sofisticadas que capturan la imprevisibilidad y el contenido de información de la señal. Se centraron en varios marcadores de complejidad cerebral, que incluyen:
- Entropía (una medida de aleatoriedad).
- Complejidad de Lempel-Ziv (que cuantifica la compresibilidad de una señal).
- Correlaciones temporales de largo alcance (que evalúan cuán similar es una señal a sí misma a lo largo del tiempo).
Además, Thölke y su equipo examinaron el espectro de potencia del cerebro: la distribución de la actividad eléctrica en diferentes frecuencias. Este espectro tiene dos componentes: ritmos oscilatorios, como las ondas delta y alfa, y una señal de fondo aperiódica a menudo denominada «ruido 1/f». Se cree que la pendiente de esta señal aperiódica refleja el equilibrio entre la excitación y la inhibición neuronal. Se cree que una pendiente más plana indica una mayor excitación neuronal y una mayor proximidad a un «estado crítico», donde el cerebro es más receptivo y adaptable.
La cafeína dinamiza la actividad cerebral durante el sueño no-REM
Los resultados del estudio de Thölke y su equipo mostraron que la cafeína produjo efectos generalizados y consistentes en la complejidad cerebral durante el sueño no-REM. En comparación con el placebo, la cafeína aumentó varias medidas de entropía y complejidad, y redujo las correlaciones temporales de largo alcance.
También condujo a un aplanamiento de la pendiente aperiódica en el espectro de potencia. En conjunto, estos hallazgos sugieren que la cafeína desplaza el cerebro dormido hacia un régimen más excitable y dinámico, uno que se asemeja al estado crítico asociado con la vigilia y el compromiso cognitivo.
Curiosamente, estos cambios fueron mucho más pronunciados durante el sueño no-REM que durante el sueño REM. En REM, los efectos de la cafeína fueron más pequeños y más localizados, apareciendo principalmente en regiones occipitales (visuales). Una medida, la entropía espectral, destacó como la más eficaz para distinguir la cafeína del placebo en el sueño no-REM, logrando una precisión de clasificación del 75% cuando se utiliza en modelos de aprendizaje automático. Este rendimiento superó todas las medidas tradicionales de EEG de potencia oscilatoria.
«La cafeína retrasa pero no impide el sueño, por lo que, aunque podamos dormir bajo la influencia de la cafeína, el cerebro y, por tanto, también el sueño se ven afectados por la droga», declaró Thölke «Conduce a un sueño más ligero con un aumento del procesamiento de la información durante las fases del sueño en las que el cerebro entra normalmente en un descanso profundo y reparador.»
Diferencias relacionadas con la edad en la respuesta a la cafeína
Thölke y su equipo también examinaron cómo la edad afectaba la influencia de la cafeína en el cerebro. En general, los adultos más jóvenes (de 20 a 27 años) mostraron respuestas más fuertes a la cafeína durante el sueño REM en comparación con los adultos de mediana edad (de 41 a 58 años). Estas diferencias de edad fueron especialmente evidentes en las medidas de entropía y criticalidad. Sin embargo, durante el sueño no-REM, los efectos de la cafeína fueron igualmente robustos en ambos grupos de edad.
Una posible explicación de la diferencia relacionada con la edad en la sensibilidad REM es que los adultos mayores tienen menos receptores de adenosina. La adenosina es una sustancia química que se acumula en el cerebro durante las horas de vigilia y promueve la somnolencia. La cafeína actúa bloqueando estos receptores, reduciendo la presión del sueño y promoviendo el estado de alerta. Si los adultos mayores tienen menos receptores, el efecto bloqueador de la cafeína puede ser más débil, especialmente en el sueño REM, cuando los niveles de adenosina ya son bajos.
Un aspecto importante del estudio, según Thölke, fue el uso de múltiples técnicas de análisis. Además de las estadísticas tradicionales, los investigadores utilizaron modelos de aprendizaje automático para clasificar si los datos del EEG provenían de la condición de cafeína o de placebo. Estos modelos reforzaron los principales hallazgos y destacaron que las características relacionadas con la complejidad eran más informativas que las medidas convencionales de potencia oscilatoria.
Para asegurarse de que sus resultados no se debieran simplemente a cambios en la duración o la estructura del sueño, los investigadores realizaron un análisis de control. Igualaron el número de muestras de EEG de cada etapa del sueño en ambas condiciones. Los resultados se mantuvieron consistentes, lo que sugiere que los cambios observados se debieron al impacto de la cafeína en la actividad cerebral más que a las diferencias en la cantidad de sueño.
Como ocurre con toda investigación, existen limitaciones. «Los participantes del estudio estaban sanos, lo que no permite la generalización a las poblaciones clínicas», señaló Thölke. «Como resultado, a partir del estudio actual es difícil determinar si los efectos observados se mantendrían en individuos con afecciones neurológicas o psiquiátricas.»
Además, el estudio de Thölke y su equipo se centró en la ingesta de cafeína a corto plazo, por la noche, y no evaluó los efectos del uso crónico o la abstinencia. Por último, aunque el estudio se basa en la evidencia que vincula las características del EEG con la excitación e inhibición neuronal, no mide directamente la actividad de los neurotransmisores o la unión de los receptores, lo que deja abiertas algunas cuestiones mecanicistas.
Investigaciones futuras podrían explorar cómo estos cambios afectan a los procesos cognitivos que dependen del sueño, como la consolidación de la memoria, la regulación emocional y el aprendizaje. Los estudios en poblaciones clínicas también podrían ayudar a determinar si el impacto de la cafeína en la actividad cerebral relacionada con el sueño difiere en personas con insomnio, depresión o afecciones neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer.
Fuentes y recursos de información
Philipp Thölke, et al. (2025). Caffeine induces age-dependent increases in brain complexity and criticality during sleep. Communications Biology, 8(1). DOI: 10.1038/s42003-025-08090-z