O que acontece no cérebro quando dormimos?
O que ocorre no cérebro quando estamos profundamente adormecidos? Quais são os diferentes estágios do sono e que papel eles desempenham na aprendizagem e na formação da memória? E na ansiedade e dor? Os neurônios e neurotransmissores também desempenham um papel? Essas são as perguntas que abordaremos neste Recurso Especial, usando as evidências mais recentes disponíveis.
Os cientistas geralmente concordam que há quatro estágios do sono pelos quais passamos várias vezes a cada noite. Os três primeiros formam o chamado sono não-rápido dos olhos (REM) e o quarto é o sono REM - onde ocorrem os sonhos.
No primeiro estágio não REM, o corpo e o cérebro passam da vigília para o sono. O cérebro muda suas oscilações elétricas do padrão ativo de vigília das ondas cerebrais para um ritmo mais lento.
O tônus muscular em todo o corpo relaxa. Essa é a fase durante a qual nosso corpo pode se contrair quando entramos no sono.
O segundo estágio não REM envolve uma queda na temperatura do corpo, os batimentos cardíacos e a respiração se tornam mais lentos, e as ondas cerebrais diminuem ainda mais. Curtas rajadas de atividade elétrica no cérebro ainda podem caracterizar esse estágio do sono.
O terceiro estágio do sono não REM é o estágio profundo do sono, que nosso corpo precisa acordar sentindo-se revigorado e restaurado. Nesse estágio, a freqüência cardíaca, a respiração e a atividade cerebral caem no ponto mais baixo.
O estágio REM, cheio de sonhos, é o quarto e o último. De acordo com o Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame (NINDS) , o REM ocorre cerca de 90 minutos após adormecer.
O sono REM dura aproximadamente 10 minutos na primeira vez, aumentando a cada ciclo REM. O movimento rápido dos olhos é chamado porque os olhos literalmente se movem rapidamente atrás das pálpebras fechadas.
Durante o REM, a respiração se torna mais rápida e irregular, o batimento cardíaco e a pressão arterial aumentam para perto dos níveis de vigília. Um fato interessante sobre o sono REM é que as pessoas experimentam cada vez menos à medida que envelhecem.
Ritmos circadianos e neurônios que controlam o sono
Uma das duas principais coisas que controlam o sono é o conjunto de “mudanças físicas, mentais e comportamentais que seguem um ciclo diário” - chamados ritmos circadianos . O termo "circadiano" vem do latim circa , significando "ao redor" e morre , significando "dia".
Os ritmos circadianos respondem ao ciclo da luz-escuridão e são geneticamente pré-determinados, pelo menos em parte, e ditados pelos chamados relógios biológicos - proteínas que interagem dentro das células de todos os tecidos e órgãos do corpo humano.
O núcleo supraquiasmático , uma estrutura no cérebro formada por um grupo de cerca de 20.000 neurônios , ou células nervosas, coordena todos os relógios biológicos.
Em segundo lugar, a homeostase sono-vigília também rastreia a necessidade de sono de uma pessoa e determina quando ela fica com sono. O chamado sono homeostático aumenta com o tempo que uma pessoa passa sendo acordada. Seus efeitos visíveis na atividade cerebral e conectividade entre neurônios foram bem documentados .
Outra área que tem sido foco de muitas pesquisas é a relação entre sono e aprendizado ou formação de memória. Os cientistas sabem com certeza que o sono é crucial para a aprendizagem - mas qual estágio do sono é mais importante?
O aprendizado ocorre no estágio leve do sono REM ou na fase profunda e não REM do sono? Como os neurônios em diferentes áreas do cérebro se coordenam nos estágios do sono para facilitar o aprendizado e a consolidação da memória?
Dois estudos que o Medical News Today relatou sobre ajudam a esclarecer essas questões.
O sono ajuda o cérebro a aprender e a se manter flexível
No primeiro estudo , os pesquisadores adulteraram o estágio de sono profundo e não REM dos participantes do estudo, depois de pedir que aprendessem um novo conjunto de movimentos. Os cientistas monitoraram a atividade cerebral dos participantes - seu córtex motor, especificamente - ao longo do estudo.
A equipe - liderada por cientistas da Suíça - descobriu que um sono profundo e inquieto resultava em uma eficiência de aprendizado visivelmente reduzida. Os pesquisadores explicaram que seus resultados dependiam das sinapses do cérebro e de seus papéis na aprendizagem.
Sinapses são conexões microscópicas entre neurônios que, juntamente com substâncias químicas cerebrais, ou neurotransmissores, facilitam a passagem de impulsos elétricos de um neurônio para outro. Durante o dia, as sinapses são ativadas em resposta aos estímulos que o cérebro recebe do ambiente.
Mas durante o sono, a atividade dessas sinapses volta ao normal. Sem esse período restaurador, eles ficam excitados com o pico de atividade por muito tempo.
Isso interfere na neuroplasticidade do cérebro - ou seja, sua capacidade de se reconectar e criar novas conexões entre os neurônios. A neuroplasticidade permite que o cérebro 'adquira' novas habilidades, mude e se adapte aos estímulos do ambiente e, finalmente, aprenda coisas novas.
Nicole Wenderoth, professora do Departamento de Ciências e Tecnologia da Saúde da ETH Zurique e co-autora principal explica o que ocorreu em seu novo estudo.
"Na região fortemente excitada do cérebro, a eficiência do aprendizado estava saturada e não podia mais ser alterada, o que inibia o aprendizado das habilidades motoras".
Para o conhecimento dos autores, este foi o primeiro estudo que mostrou uma relação causal entre a fase profunda do sono e a eficiência da aprendizagem. "Desenvolvemos um método que nos permite reduzir a profundidade do sono em uma determinada parte do cérebro e, portanto, provar a conexão causal entre o sono profundo e a eficiência da aprendizagem", diz o co-autor do estudo, Prof. Reto Huber.
Dormir também nos ajuda a desaprender
O segundo estudo relatado pelo MNT analisou diferentes estágios do sono. No entanto, esta pesquisa mostrou que o sono não apenas permite ao cérebro aprender coisas novas, mas também desaprender.
O estudo original de 2017 envolveu uma tarefa de aprendizado auditivo. Os pesquisadores tocaram sequências sonoras enquanto os participantes estavam dormindo e acordados.
Eles monitoraram a atividade elétrica cerebral dos voluntários usando um eletroencefalograma (EEG).
Os EEGs também capturaram eixos do sono que ocorreram quando o cérebro adormecido aprendeu novos sons. Os eixos do sono são picos na atividade cerebral oscilatória que pesquisas anteriores associaram ao aprendizado e à consolidação da memória.
Após cada sessão de sono, os pesquisadores pediram aos participantes que escutassem novamente as seqüências sonoras e as reconhecessem. Eles avaliaram seu desempenho de aprendizagem através de testes.
Usando as leituras do EEG, os cientistas examinaram três fases do sono: sono REM, sono leve não-REM e sono profundo não-REM.
Quando expostos aos sons durante o sono REM ou durante o sono não REM, os participantes foram melhores em reconhecê-los quando acordados. Porém, quando expostos a novos sons durante um sono profundo e não REM, eles tiveram mais dificuldade em reconhecer a sequência sonora durante a vigília.
Além disso, enquanto "os marcadores de aprendizado do EEG foram facilmente observados no sono leve (não REM), eles estavam marcadamente ausentes no sono profundo (não REM)", relatam os cientistas.
Além disso, e importante, não só foi difícil para os participantes reconhecerem os sons que os pesquisadores tocaram para eles em seu sono profundo não REM, mas também acharam mais difícil (re) aprender esses sons, em comparação com os sons inteiramente novos sons.
As descobertas sugerem que o sono profundo não-REM não é tanto para aprender coisas novas, mas para suprimir informações.
“[A] maior surpresa veio da capacidade do cérebro de desaprender. Assim, parece que durante o sono podemos formar novas memórias, aprender ou fazer o inverso: suprimir memórias e desaprender ”.
- Thomas Andrillon, primeiro autor do estudo
Eles também aumentam a evidência de que o sono profundo ajuda a manter a neuroplasticidade. Especificamente, o sono leve não-REM (estágio 2) pode ajudar a excitar as sinapses, enquanto o sono profundo não-REM pode ajudá-los a relaxar ou "diminuir a escala".
"Esse contraste entre sono leve (não REM) e profundo (não REM) é consistente com uma distinção qualitativa entre esses dois estágios do sono em relação à plasticidade neural", escrevem os autores. “De acordo com essa visão, o sono leve (não REM) favorece a potenciação sináptica, enquanto o sono profundo (não REM) favorece o downscaling sináptico.”
"Não sugerimos nenhum papel funcional para o efeito supressor das informações apresentadas durante o sono", acrescentam. "Pelo contrário, parece um subproduto inevitável do downscaling sináptico necessário para fins homeostáticos".
Em outras palavras, o sono profundo pode nos ajudar a desaprender ou esquecer, porque o esquecimento é um subproduto natural da preservação da neuroplasticidade; esquecer é um subproduto da nossa capacidade de aprender.
Unificando teorias do sono
Andrillon e colegas também explicaram que suas descobertas são significativas porque ajudam a unificar duas escolas de pensamento anteriormente contraditórias. Vemos a função principal do sono como aprender e consolidar novas informações. O outro vê isso descartando informações inúteis para não sobrecarregar o cérebro.
À medida que os cientistas reúnem cada vez mais evidências neurocientíficas sobre como o sono funciona, torna-se aparente que, em geral, essas divisões e dicotomias talvez não sejam a maneira mais útil de encarar o sono ou o papel que o sono tem no aprendizado.
Por exemplo, um estudo publicado apenas no mês passado mostra que o sono REM e não REM trabalham juntos para aumentar o aprendizado.
Nomeadamente, o sono não REM melhora o desempenho das habilidades recém-adquiridas, restaurando a flexibilidade e a neuroplasticidade, enquanto o sono REM estabiliza essas melhorias e impede que novas aprendizagens as apagem.
A nova pesquisa partiu da mesma hipótese que os estudos acima parecem destacar - que o sono deve fortalecer as sinapses e as conexões neuronais criadas durante o dia (para solidificar novos conhecimentos e impedir que sejam substituídos por novas informações). No entanto, também deve "diminuir a escala" ou relaxar ou enfraquecer as sinapses para preservar sua flexibilidade e a neuroplasticidade do cérebro.
Este estudo - liderado por Masako Tamaki, do Departamento de Ciências Cognitivas, Linguísticas e Psicológicas da Brown University em Providence, RI - envolveu uma tarefa de aprendizado visual. Os pesquisadores atribuíram a um grupo de participantes duas tarefas diferentes, uma antes do sono e outra após o sono. O outro grupo não recebeu nenhuma tarefa de aprendizagem.
Os cientistas usaram scanners de ressonância magnética e eletrodos que aplicaram nas cabeças e pálpebras dos participantes. Eles também usaram espectroscopia de ressonância magnética para medir as duas substâncias químicas cerebrais envolvidas na plasticidade neural (ou flexibilidade das sinapses) e estabilização.
Tamaki e sua equipe descobriram que a neuroplasticidade aumentou durante o sono não REM. Isso teve associações com melhor aprendizado e desempenho das tarefas após o sono.
Durante o sono REM, a plasticidade neural dos participantes caiu, o que se correlacionou com a estabilização do que eles haviam aprendido. Os pesquisadores levantam a hipótese de que o sono REM ajuda a impedir que o aprendizado antes do sono seja substituído pelo aprendizado subsequente.
Ao contrário do sono não REM, os pesquisadores só viram a queda acentuada da plasticidade durante o sono REM entre os voluntários com uma tarefa a aprender.
Nas palavras dos pesquisadores: “A [neuroplasticidade] aumentou durante o sono NREM [não REM], independentemente de a aprendizagem pré-sono ter ocorrido, mas estava associada a ganhos de desempenho pós-sono em relação ao desempenho pré-sono. Por outro lado, a [neuroplasticidade] diminuiu durante o sono REM, mas somente após o treinamento pré-sono, e a diminuição foi associada à estabilização do aprendizado pré-sono. ”
"Essas descobertas indicam que o sono NREM promove a plasticidade, levando a ganhos de desempenho independentes da aprendizagem, enquanto o sono REM diminui a plasticidade para estabilizar a aprendizagem de uma maneira específica da aprendizagem".
- Masako Tamaki et al .