Un modelo matemático explica por qué cambiamos nuestros horarios de sueño con la edad

Dormimos cada noche, pero rara vez nos preguntamos por qué lo hacemos de esa manera. Algunos duermen de un tirón, otros en siestas repartidas, y muchos luchan por mantenerse despiertos en horarios poco convencionales. Desde hace más de 40 años, los científicos han explicado este comportamiento con el llamado “modelo de los dos procesos del sueño”, una teoría que combina la acumulación de sueño con el reloj biológico. Ahora, un nuevo estudio publicado en npj Biological Timing and Sleep ofrece una perspectiva matemática que no solo confirma esta teoría, sino que la transforma en una herramienta cuantitativa.

El sueño se regula por dos fuerzas: una que crece cuanto más tiempo estamos despiertos, y otra que sigue el ciclo diario del cuerpo. Esa es la base del modelo desarrollado originalmente por Alexander Borbély en los años 80. Lo novedoso del nuevo estudio de Anne C. Skeldon y Derk-Jan Dijk es que explora con profundidad la estructura matemática de este modelo, revelando que comparte propiedades con otros sistemas biológicos como el corazón o la respiración.

Este enfoque permite entender por qué algunas personas tienen sueño en momentos distintos del día, por qué los niños duermen varias veces al día y cómo se altera el sueño cuando trabajamos de noche. Y, sobre todo, ofrece una forma concreta de predecir y adaptar esos patrones a nuestras necesidades reales.

Un sistema de presiones y relojes

Para los investigadores, el sueño no es solo una cuestión de cansancio: es un fenómeno rítmico y calculable. El estudio describe el sueño como el resultado de dos procesos que actúan como osciladores: uno homeostático, que mide cuánto tiempo hemos estado despiertos y acumula “presión de sueño”, y otro circadiano, que sigue un ciclo de aproximadamente 24 horas guiado por la luz.

Cuando estos dos procesos se alinean, el sueño llega fácilmente; cuando se desincronizan, aparecen problemas como el insomnio o el jet lag. La presión de sueño sube mientras estamos despiertos y baja mientras dormimos, mientras que el reloj interno nos indica los momentos más probables para conciliar el sueño o mantenernos alerta.

Con ecuaciones específicas, el modelo permite calcular cuánto dormirá una persona, cuándo lo hará y cuáles son los efectos de alteraciones como dormir poco durante la semana o exponerse a luz intensa por la noche. Este conocimiento permite no solo describir el sueño, sino también predecirlo.

De niños con siestas a adultos que no paran

Uno de los hallazgos más llamativos es que el modelo matemático explica los cambios de patrones de sueño a lo largo de la vida. En la infancia, los niños duermen varias veces al día (sueño polifásico), y con el tiempo pasan a dormir una sola vez por noche. Según el estudio, esto no se debe tanto a cambios en el reloj biológico, sino a modificaciones en la presión del sueño.

La transición de las siestas a una noche continua se puede representar como una escalera matemática: un salto entre patrones ordenados por complejos cálculos. Esta estructura, conocida como “escalera del diablo”, permite anticipar cuándo un niño dejará de dormir la siesta, o cómo cambian los patrones con la edad.

Este tipo de análisis también ayuda a entender por qué algunos adultos mayores duermen menos tiempo o se despiertan más temprano: no es solo por envejecimiento, sino por cambios en la sensibilidad del sistema a la luz y en la fuerza del reloj circadiano.

“Este trabajo muestra cómo las matemáticas pueden aportar claridad a algo tan complejo y personal como el sueño,” dijo el profesor Derk-Jan Dijk, coautor del estudio y director del Centro de Investigación del Sueño de Surrey en la Universidad de Surrey.

La luz, un metrónomo invisible

Aunque el modelo original no incluía los efectos de la luz, el estudio reciente propone una versión extendida que lo incorpora. Sabemos que la luz regula el reloj biológico, y este, a su vez, regula el sueño.

Pero lo que este nuevo modelo demuestra es que también existe una retroalimentación: nuestras decisiones sobre cuándo exponernos a la luz modifican el sistema.

El acceso a luz artificial por la noche puede alterar el equilibrio y desplazar nuestro sueño hacia horarios más tardíos. En cambio, una exposición controlada a la luz puede servir para reajustar el ritmo interno y combatir el desfase horario o el insomnio.

Esta versión, conocida como modelo HCL (homeostasis-circadiano-luz), permite personalizar recomendaciones según el estilo de vida de cada persona. Por ejemplo, puede ayudar a planificar cambios de turno, adaptar horarios escolares o mejorar el sueño en personas con trastornos como la esquizofrenia o el Alzheimer.

Un modelo con base en el cerebro

El estudio también enlaza el modelo matemático con lo que ocurre en nuestro cerebro. Los autores explican que las neuronas responsables del sueño y la vigilia se inhiben mutuamente: cuando una está activa, la otra se apaga. Esta “guerra de neuronas” es lo que mantiene estables nuestros estados de dormir o despertar.

Pero lo que hace que una transición ocurra es la acción de las dos presiones: la homeostática y la circadiana. Cuando una supera cierto umbral, activa el cambio. Esta dinámica se asemeja a un interruptor que salta solo cuando la combinación de fuerzas lo empuja.

Este concepto se representa como un bucle llamado “estructura histérica” (histéresis), en el que no siempre hay una línea clara entre dormir y estar despierto. En condiciones críticas, un pequeño cambio puede llevar al cuerpo a un estado u otro, lo que ayuda a explicar por qué a veces, incluso con sueño, logramos mantenernos despiertos con esfuerzo.

Dormir es ciencia (y matemática también)

Lejos de ser una simple necesidad biológica, el sueño es un proceso complejo y predecible que puede entenderse desde la física y las matemáticas. Este nuevo estudio demuestra que el modelo de los dos procesos, lejos de ser solo una teoría gráfica, puede ser una herramienta con capacidad predictiva y aplicaciones concretas.

“Con los datos y modelos adecuados, podemos dar consejos más personalizados y desarrollar nuevas intervenciones para mejorar los patrones de sueño de aquellos cuyo descanso se ve afectado por las rutinas modernas, el envejecimiento o las condiciones de salud”, dijo Dijk.

Gracias a estas simulaciones, podemos entender y anticipar alteraciones del sueño, personalizar tratamientos y diseñar entornos más compatibles con nuestro ritmo biológico. También sugiere que muchos problemas del sueño no vienen de una falla interna, sino de una falta de sincronización entre nuestras costumbres y nuestras necesidades fisiológicas.

Este enfoque abre la puerta a nuevas formas de abordar el sueño: desde apps que ajusten la luz para regular tu ritmo, hasta terapias que no solo te digan cuánto dormir, sino cuándo y por qué. Porque dormir bien, al fin y al cabo, podría ser cuestión de matemáticas.

Cortesía de Muy Interesante

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