O sono é normalmente considerado um estado de tudo ou nada: O cérebro ou está completamente acordado ou completamente adormecido. Contudo, os neurocientistas do MIT descobriram um circuito cerebral que pode desencadear pequenas regiões do cérebro para adormecer ou ficar menos alerta, enquanto o resto do cérebro permanece acordado.
Este circuito tem origem numa estrutura cerebral conhecida como núcleo reticular talâmico (TRN), que transmite sinais para o tálamo e depois para o córtex cerebral, induzindo bolsas das ondas cerebrais lentas e oscilantes características do sono profundo. As oscilações lentas também ocorrem durante o coma e a anestesia geral, e estão associadas à diminuição da excitação. Com atividade suficiente do TRN, estas ondas podem tomar conta do cérebro inteiro.
Os pesquisadores acreditam que o TRN pode ajudar o cérebro a consolidar novas memórias coordenando ondas lentas entre diferentes partes do cérebro, permitindo-lhes compartilhar informações mais facilmente.
“Durante o sono, talvez regiões específicas do cérebro tenham ondas lentas ao mesmo tempo porque precisam trocar informações umas com as outras, enquanto outras não”, diz Laura Lewis, uma afiliada de pesquisa do Departamento de Cérebro e Ciências Cognitivas do MIT e uma das principais autoras do novo estudo, que aparece hoje na revista eLife.
O TRN também pode ser responsável pelo que acontece no cérebro quando pessoas privadas de sono experimentam breves sensações de “zoneamento” enquanto lutam para permanecer acordadas, dizem os pesquisadores.
O outro primeiro autor do artigo é Jakob Voigts, um estudante de pós-graduação do MIT em ciências cerebrais e cognitivas. Os autores seniores são Emery Brown, o professor Edward Hood Taplin de Engenharia Médica e Neurociência Computacional do MIT e um anestesista do Massachusetts General Hospital, e Michael Halassa, um professor assistente da Universidade de Nova York. Outros autores são Francisco Flores e Matthew Wilson, afiliados de pesquisa do MIT, o Professor Sherman Fairchild de Neurobiologia e membro do Picower Institute for Learning and Memory do MIT.
Controle local
Até agora, a maioria das pesquisas sobre sono tem se concentrado no controle global do sono, que ocorre quando o cérebro inteiro é inundado por ondas lentas – oscilações da atividade cerebral criadas quando conjuntos de neurônios são silenciados por breves períodos.
No entanto, estudos recentes mostraram que animais privados de sono podem exibir ondas lentas em partes do cérebro enquanto ainda estão acordados, sugerindo que o cérebro também pode controlar a atenção a nível local.
A equipe do MIT iniciou sua investigação sobre o controle local da atenção ou sonolência com o TRN porque sua localização física o torna perfeitamente posicionado para desempenhar um papel no sono, diz Lewis. O TRN envolve o tálamo como uma concha e pode atuar como guardião de informações sensoriais que entram no tálamo, que então envia informações para o córtex para processamento posterior.
Usando a optogenética, uma técnica que permite aos cientistas estimular ou silenciar os neurônios com a luz, os pesquisadores descobriram que se eles estimulavam fracamente o TRN em ratos acordados, ondas lentas apareciam em uma pequena parte do córtex. Com mais estimulação, todo o córtex mostrou ondas lentas.
“Também descobrimos que quando você induz essas ondas lentas através do córtex, os animais começam a agir comportadamente como se estivessem sonolentos. Eles vão parar de se mover, seu tônus muscular vai diminuir”, diz Lewis.
Os pesquisadores acreditam que o TRN ajusta o controle do cérebro sobre as regiões do cérebro local, melhorando ou reduzindo ondas lentas em certas regiões para que essas áreas possam se comunicar umas com as outras, ou induzindo algumas áreas a ficarem menos alerta quando o cérebro está muito sonolento. Isto pode explicar o que acontece nos humanos quando eles estão sem sono e momentaneamente se afastam sem realmente adormecer.
“Estou inclinado a pensar que isso acontece porque o cérebro começa a transitar para o sono, e algumas regiões cerebrais locais tornam-se sonolentas mesmo que você se force a ficar acordado”, diz Lewis.
“A força deste trabalho é que é o primeiro a usar a optogenética para tentar dissecar o papel de parte do circuito tálamo-cortical na geração de ondas lentas no córtex”, diz Mark Opp, um professor de anestesiologia e medicina da dor da Universidade de Washington que não fazia parte da equipe de pesquisa.
Sono natural e anestesia geral
Entendendo como o cérebro controla a excitação poderia ajudar os pesquisadores a projetar novos sono e drogas anestésicas que criam um estado mais similar ao sono natural. Estimular o TRN pode induzir estados de sono profundo, não semelhantes ao REM, e pesquisas anteriores feitas por Brown e colegas descobriram um circuito que ativa o sono REM.
Brown acrescenta, “O TRN é rico em sinapses – conexões no cérebro – que liberam o neurotransmissor inibitório GABA. Portanto, o TRN é quase certamente um local de ação de muitas drogas anestésicas, já que uma grande classe delas atua nessas sinapses e produz ondas lentas como uma de suas características”.
O trabalho anterior de Lewis e colegas mostrou que, ao contrário das ondas lentas do sono, as ondas lentas sob anestesia geral não são coordenadas, sugerindo um mecanismo para que essas drogas prejudiquem a troca de informações no cérebro e produzam inconsciência.