Embora se saiba que o sono melhora o desempenho cognitivo, os mecanismos neurais subjacentes, especialmente no contexto do sono não REM, ainda são amplamente inexplorados. Um novo estudo realizado por uma equipe de pesquisadores da Rice University, do Houston Methodist’s Center for Neural Systems Restoration e do Weill Cornell Medical College, coordenado por Valentin Dragoi, da Rice University, descobriu, no entanto, um mecanismo fundamental pelo qual o sono melhora o desempenho neural e comportamental, o que pode mudar nossa compreensão básica de como o sono otimiza o desempenho do cérebro.
Publicado na Science, o estudo mostra como o sono NREM – osono mais leve experimentado durante um cochilo, por exemplo – promove a sincronização do cérebro e melhora a codificação de informações, lançando uma nova luz sobre essa fase do sono. Os pesquisadores replicaram esses efeitos usando estimulação invasiva, o que indica possibilidades promissoras para futuras terapias de neuromodulação em humanos. As implicações dessa descoberta podem abrir caminho para tratamentos inovadores para distúrbios do sono e até mesmo para métodos de aprimoramento do desempenho cognitivo e comportamental.
Como o sono aumenta o desempenho
A pesquisa incluiu uma investigação da atividade neuronal em várias áreas cerebrais na espécie macaco macaco, enquanto os animais realizavam uma tarefa de discriminação visual antes e depois de uma fase de sono NREM de 30 minutos. Usando matrizes de vários eletrodos, os pesquisadores registraram a atividade de milhares de neurônios em três áreas cerebrais: córtex visual primário e médio e córtex pré-frontal dorsolateral, que estão associados ao processamento visual e às funções executivas. Para confirmar que os macacos estavam em sono NREM, os pesquisadores usaram polissonografia para monitorar a atividade cerebral e muscular e análise de vídeo para garantir que seus olhos estivessem fechados e seus corpos relaxados. Os resultados mostraram que o sono melhorou o desempenho dos animais na tarefa visual, permitindo que eles distinguissem as imagens giradas com mais precisão. É importante ressaltar que essa melhora só ocorreu naqueles que realmente adormeceram – os macacos que estavam acordados, mas com calma, sem adormecer, não apresentaram a mesma melhora no desempenho.
“Durante o sono, observamos um aumento na atividade de ondas delta de baixa frequência e descarga sincronizada entre neurônios em diferentes regiões corticais”, disse a primeira autora, Dra. Natasha Kharas, ex-pós-doutoranda no laboratório do Dr. Dragois e atualmente em cirurgia neurológica na Weill Cornell. Entretanto, após o sono, a atividade neuronal tornou-se dessincronizada em relação ao sono, permitindo que os neurônios disparassem de forma mais independente. Essa mudança resultou em uma melhor precisão do processamento de informações e do desempenho nas tarefas visuais.
Os pesquisadores também simularam os efeitos neurais do sono por meio da 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. Essa estimulação artificial reproduziu o efeito de dessincronização observado após o sono e melhorou de forma semelhante o desempenho dos animais na tarefa, sugerindo que padrões específicos de estimulação elétrica poderiam ser usados para imitar os benefícios cognitivos do sono.
Desenvolvimento de técnicas de estimulação cerebral terapêutica para melhorar a função cognitiva e a memória
De acordo com Dragoi, coautor do estudo, professor de engenharia elétrica e de computação da Rice University, presidente da cadeira de destaque presidencial em neuroprostética da Houston Methodist, Rosemary e Daniel J. Harrison III, e professor de neurociência da Weill Cornell University, essa descoberta é significativa porque indica que alguns dos efeitos restauradores e de melhoria de desempenho do sono podem ser obtidos sem o sono real. A capacidade de reproduzir a dessincronização neuronal semelhante à do sono durante a vigília abre novas possibilidades para melhorar o desempenho cognitivo e perceptivo em situações em que o sono não é possível, como no caso de indivíduos com distúrbios do sono ou em circunstâncias desafiadoras, como a exploração espacial.
Os pesquisadores investigaram ainda mais seus resultados criando um grande modelo de rede neural. Eles descobriram que, durante o sono, tanto as conexões excitatórias quanto as inibitórias no cérebro enfraquecem, mas de forma assimétrica, de modo que as conexões inibitórias enfraquecem mais do que as excitatórias, levando a um aumento na excitação. Eles descobriram uma solução surpreendente que o cérebro emprega após o sono, em que as populações neuronais envolvidas na tarefa diminuem seu grau de sincronização após o sono, embora recebam impulsos de sincronização durante o próprio sono.
A ideia de que o sono NREM efetivamente “reinicia” o cérebro dessa forma, e que essa reinicialização pode ser imitada artificialmente, oferece potencial para o desenvolvimento de técnicas terapêuticas de estimulação cerebral para aprimorar a função cognitiva e a memória. “Esse estudo não apenas aprofunda nossa compreensão mecanicista do papel do sono para a função cognitiva, mas também abre novos caminhos ao mostrar que determinados padrões de estimulação cerebral podem substituir alguns benefícios do sono, sugerindo um futuro em que poderemos aumentar a função cerebral independentemente do próprio sono”, disse Dragoi.
