Mesmo Acordados, os nossos Cérebros Descansam e São Ativados durante o Sono
Os cientistas fizeram uma descoberta inovadora: uma pequena região do nosso cérebro desliga-se brevemente para dormirmos sestas de microssegundos enquanto estamos acordados. Curiosamente, estas mesmas áreas tornam-se ativas durante o sono. Estas descobertas podem fornecer informações cruciais sobre doenças do neurodesenvolvimento e neurodegenerativas associadas a distúrbios do sono.
Investigadores da Universidade de Washington em St. Louis (WashU) e da Universidade da Califórnia em Santa Cruz (UCSC) encontraram estas descobertas inesperadamente. Observaram ondas cerebrais numa pequena área específica do cérebro a desligar abruptamente durante milissegundos durante a vigília e a piscar durante o mesmo período durante o sono.
A perspetiva de Keith Hengen sobre os estados de comportamento
Keith Hengen, professor assistente de Biologia na WashU, enfatizou o potencial para desafiar as suposições fundamentais e reavaliar o conceito de ‘o que é um estado?’ com ferramentas avançadas e métodos computacionais. “O sono ou a vigília são o principal determinante do comportamento, moldando tudo o resto. Se não compreendermos verdadeiramente estes estados, parece que estamos a perder um aspeto crucial”, explicou.
Tradicionalmente, os estados de sono e vigília são definidos por padrões gerais de ondas cerebrais – ondas alfa, beta e teta durante a vigília e ondas delta durante o sono. No entanto, estas anomalias “cintilantes” desafiam a compreensão existente destes estados distintos.
David Haussler, professor de Engenharia Biomolecular na UCSC, comentou com humor: “Foi surpreendente para nós, cientistas, descobrir que diferentes partes do nosso cérebro fazem breves sestas enquanto o resto permanece acordado, embora isso possa não ser novidade para alguns cônjuges”.
Estudo de quatro anos sobre a voltagem das ondas cerebrais e a atividade dos neurónios em ratos
Num estudo abrangente de quatro anos envolvendo uma extensa recolha de dados eletrofisiológicos, os investigadores monitorizaram a voltagem das ondas cerebrais em 10 regiões cerebrais em ratinhos. Rastrearam meticulosamente a atividade dos neurónios até ao nível de microssegundos durante vários meses. Utilizando a análise avançada de redes neuronais artificiais de petabytes de dados, identificaram padrões e isolaram anomalias de microssegundos que tinham escapado aos estudos humanos anteriores.
“Estamos a observar informações com um nível de detalhe sem precedentes”, observou Haussler. “As suposições anteriores sugeriam que nenhuma descoberta significativa surgiria a esta escala, acreditando que toda a informação pertinente residia em ondas de frequência mais lentas. No entanto, o nosso estudo indica que, ao concentrarmo-nos em medições de alta frequência durante períodos extremamente breves, podemos discernir se o tecido está em estado de sono ou vigília Este insight sugere processos de escala rápida potencialmente subjacentes aos mecanismos do sono.”
Insights de aprendizagem automática sobre padrões de atividade cerebral
Utilizando a aprendizagem automática, os investigadores concentraram-se em intervalos de milissegundos de dados de atividade cerebral e identificaram uma atividade rápida entre neurónios específicos numa região que contradizia as ondas delta lentas tradicionais, normalmente associadas ao sono. Por outro lado, observaram um padrão de atividade diferente durante períodos convencionalmente definidos como vigília, a que chamaram “oscilações”.
“Removemos toda a informação tradicional em que a neurociência se baseou para estudar e definir o sono durante o século passado e perguntámos: ‘O modelo ainda pode aprender nestas condições?'”, explicou David Parks, investigador da UCSC. “Permitiu-nos aprofundar sinais que antes eram mal compreendidos.”
Essencialmente, os dados indicaram que, mesmo durante a vigília, alguns neurónios desta pequena região do cérebro mudaram para um modo semelhante ao do sono, enquanto o resto do cérebro funcionava normalmente.
“Examinámos os momentos exatos em que estes neurónios dispararam, mostrando claramente que estavam em transição para um estado diferente”, disse Aidan Schneider, investigador da WashU. “Em alguns casos, estas oscilações estavam confinadas a uma região cerebral individual, possivelmente ainda mais pequena”.
Respostas físicas durante micro-sestas de fração de segundo
Os investigadores investigaram então quaisquer respostas físicas observáveis durante estes micro-sesta de segundo. Ficaram surpreendidos ao observar breves momentos em que os ratos pareciam “desligar-se” durante a vigília e se contorciam durante o sono com estas ocorrências de “cintilação”.
“Observámos oscilações da vigília para o REM, do REM para o não-REM e várias outras combinações, desafiando as expectativas baseadas num século de literatura”, observou Hengen. “Estas descobertas revelam a desconexão entre o macroestado – sono e vigília ao nível de todo o organismo – e a unidade fundamental do estado no cérebro – os padrões rápidos e localizados”.
Estas descobertas podem produzir novos conhecimentos sobre as condições associadas às perturbações do sono, oferecendo potencialmente novos caminhos terapêuticos para as doenças do neurodesenvolvimento e neurodegenerativas.
“Isto dá-nos uma ferramenta potencialmente poderosa para dissecar estas questões sobre doenças e distúrbios”, enfatizou Hengen. “Quanto mais compreendermos a natureza fundamental do sono e da vigília, mais bem equipados estaremos para enfrentar os desafios clínicos e relacionados com as doenças”.
Leia o Artigo Original: New Atlas
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