Cada noite, através de biliões de cérebros, dentro dos crânios de mamíferos e aves, ondas lentas de actividade em cascata através dos neurónios, num ritmo que se tem repetido ao longo de milénios. É o ritmo comum dos cérebros em seu sono mais profundo.
A ubiquidade e uniformidade destas ‘ondas lentas’ fala a uma profunda importância, diz o cientista do HBP Maurizio Mattia do Istituto Superiore di Sanità (o NIH italiano) em Roma.
Ele descreve o momento em que percebeu que este era um ritmo comum em biologia. “Como físico, quando vi isto pensei que não era biologia, era física”. Eu pensei, isto é absolutamente curioso. Esta é a pegada de algo que está funcionando muito, muito bem. Algo que é necessário através das espécies e da evolução”
Ondas baixas aparecem quando os cérebros estão em sono profundo e têm sido observados em mamíferos e aves, e possivelmente em répteis. Mattia descreve as ondas como cascatas de atividade que se movem através do cérebro com um ritmo consistente (cerca de 1 Hz, através das espécies).
Estas oscilações rítmicas ocorrem ao nível de um único neurônio, mas quando vistas através do cérebro pelo iEEG (EEG intracraniano) elas aparecem como uma onda movendo-se através do cérebro a cerca de 30 mm por segundo.
“Elas não são como as ondas que você vê na água. Você tem um meio excitável, por isso é como um incêndio numa floresta. Quando você começa o fogo, ele se propagará como uma onda, até que você tenha queimado toda a madeira e então ele vai parar. Isto é como o período de inatividade no cérebro, mas a floresta cresce novamente e então você tem uma nova onda. Isto é o que acontece no cérebro. Ele usa todos os recursos disponíveis para disparar os potenciais de ação dos neurônios, então você precisa de um tempo de recuperação. Fogo e silêncio, fogo e silêncio”
A função completa e o propósito dessas ondas lentas não é totalmente compreendido, mas elas claramente têm um papel importante. Há evidências crescentes de que este ritmo é necessário para reproduzir um equilíbrio no cérebro. Durante a vigília o cérebro produz desperdícios e estas ondas parecem estar a limpar o cérebro, diz Mattia.
“Você pode sobreviver sem estar acordado mas certamente morrerá se não dormir. Você precisa ter estas ondas lentas para manter o cérebro em uma condição saudável”.
Ondas baixas também estão ligadas à memória e consolidação da aprendizagem.
“A frente de onda não é uma frente de onda aleatória. Ela é definida pela estrutura que ela encontra no cérebro. Imagine muitas pessoas caminhando lado a lado ao longo de uma praia. Quando algumas encontram areia macia andam mais devagar, outras andam mais depressa na areia mais dura. Esta diferença no terreno será representada na forma da linha das pessoas caminhando.
“Então, voltando à memória, estas ondas lentas estão seguindo os caminhos da rede e reforçando estes caminhos. Mais ou menos”
Nesse sentido é quase uma espécie de repetição, semelhante à aprendizagem, que parece reforçar os caminhos usados durante o dia repetindo-os muitas vezes.
Mattia descreve ondas lentas como uma espécie de pedra de Roseta da neurociência, onde as diferentes línguas são os diferentes animais e o conteúdo é a onda lenta. É por isso que elas são úteis, não só para compreender o cérebro, mas também, talvez, para criar simulações cerebrais. Podemos replicar essa característica comum de todos os cérebros em uma simulação?
“Estamos tentando entender de que forma uma determinada rede de neurônios, in-silico ou in-vivo, é capaz de criar os mesmos ritmos e tomar isso em contextos diferentes nos permite construir uma máquina que pode se comportar como um cérebro real”, diz Mattia.
“Uma vez criado um cérebro in-silico que tenha estes ritmos, bem, este é um bom ponto de partida para ver como ele se comporta quando é acordado”
Maurizio Mattia trabalha na componente Sistemas e Neurociência Cognitiva (Subprojeto 3) do Projeto Cérebro Humano.