Novos insights sobre o sono revelam mecanismos com amplas implicações para aumentar a capacidade intelectual

Embora seja bem sabido que o sono melhora o desempenho cognitivo, os mecanismos neurais subjacentes, particularmente aqueles relacionados ao sono de movimento ocular não rápido (NREM), permanecem em grande parte inexplorados. Um novo estudo realizado por uma equipe de pesquisadores da Rice University e do Centro Metodista de Houston para Restauração de Sistemas Neurais e do Weill Cornell Medical College, coordenado por Valentin Dragoi de Rice, descobriu, no entanto, um mecanismo chave pelo qual o sono melhora o desempenho neuronal e comportamental, potencialmente mudando nossos princípios fundamentais. compreensão de como o sono aumenta a capacidade intelectual.

A pesquisa, publicada em Ciênciarevela como o sono NREM – o sono mais leve que se experimenta ao tirar uma soneca, por exemplo – promove a sincronização cerebral e melhora a codificação de informações, lançando uma nova luz sobre esse estágio do sono. Os investigadores replicaram estes efeitos através de estimulação invasiva, sugerindo possibilidades promissoras para futuras terapias de neuromodulação em humanos. As implicações desta descoberta potencialmente abrem caminho para tratamentos inovadores para distúrbios do sono e até mesmo métodos para melhorar o desempenho cognitivo e comportamental.

A investigação envolveu um exame da atividade neural em múltiplas áreas cerebrais em macacos enquanto os animais realizavam uma tarefa de discriminação visual antes e depois de um período de 30 minutos de sono NREM. Usando matrizes multieletrodos, os pesquisadores registraram a atividade de milhares de neurônios em três áreas do cérebro: os córtices visuais primário e médio e o córtex pré-frontal dorsolateral, que estão associados ao processamento visual e às funções executivas. Para confirmar que os macacos estavam em sono NREM, os investigadores usaram a polissonografia para monitorizar a atividade cerebral e muscular, juntamente com a análise de vídeo, para garantir que os olhos estavam fechados e os corpos relaxados.

As descobertas demonstraram que o sono melhorou o desempenho dos animais na tarefa visual, com maior precisão na distinção de imagens giradas. É importante ressaltar que esta melhoria foi exclusiva daqueles que realmente adormeceram – os macacos que experimentaram uma vigília tranquila sem adormecer não apresentaram o mesmo aumento de desempenho.

“Durante o sono, observamos um aumento na atividade das ondas delta de baixa frequência e no disparo sincronizado entre neurônios em diferentes regiões corticais”, disse a primeira autora, Dra. Natasha Kharas, ex-pesquisadora do laboratório de Dragoi e atual residente em cirurgia neurológica em Weill Cornell. “Depois do sono, no entanto, a atividade neuronal tornou-se mais dessincronizada em comparação com antes do sono, permitindo que os neurônios disparassem de forma mais independente. Essa mudança levou a uma maior precisão no processamento de informações e no desempenho nas tarefas visuais.”

Os pesquisadores também simularam os efeitos neurais do sono por meio de estimulação elétrica de baixa frequência do córtex visual. Eles aplicaram uma estimulação de 4 Hz para imitar a frequência delta observada durante o sono NREM enquanto os animais estavam acordados. Esta estimulação artificial reproduziu o efeito de dessincronização observado após o sono e melhorou de forma semelhante o desempenho das tarefas dos animais, sugerindo que padrões específicos de estimulação elétrica poderiam ser potencialmente usados ​​para emular os benefícios cognitivos do sono.

“Esta descoberta é significativa porque sugere que alguns dos efeitos restauradores e de melhoria do desempenho do sono podem ser alcançados sem a necessidade de sono real”, disse Dragoi, co-autor do estudo, professor de engenharia elétrica e de computação na Rice, the Rosemary. e Daniel J. Harrison III Presidente Distinto Presidencial em Neuroprotética na Houston Methodist e professor de neurociência na Weill Cornell. “A capacidade de reproduzir a dessincronização neural semelhante à do sono em estado de vigília abre novas possibilidades para melhorar o desempenho cognitivo e perceptivo em situações onde o sono não é viável – como para indivíduos com distúrbios do sono ou em circunstâncias atenuantes, como a exploração espacial.”

Os pesquisadores investigaram ainda mais suas descobertas construindo um grande modelo de rede neural. Eles descobriram que durante o sono, tanto as conexões excitatórias quanto as inibitórias no cérebro tornam-se mais fracas, mas o fazem de forma assimétrica, tornando as conexões inibitórias mais fracas do que as conexões excitatórias, o que causa um aumento na excitação.

“Descobrimos uma solução surpreendente que o cérebro utiliza após o sono, através da qual as populações neurais que participam na tarefa reduzem o seu nível de sincronia após o sono, apesar de receberem informações de sincronização durante o próprio sono”, disse Dragoi.

A ideia de que o sono NREM efetivamente “estimula” o cérebro desta forma, e que esta redefinição pode ser imitada artificialmente, oferece potencial para o desenvolvimento de técnicas terapêuticas de estimulação cerebral para melhorar a função cognitiva e a memória.

“Nosso estudo não apenas aprofunda nossa compreensão mecanicista do papel do sono na função cognitiva, mas também inova ao mostrar que padrões específicos de estimulação cerebral poderiam substituir alguns benefícios do sono, apontando para um futuro onde poderemos aumentar a função cerebral independentemente do próprio sono. “, disse Dragoi.