Paradoxo do sono REM: sonhar pode drenar a energia do cérebro mesmo quando o suprimento de combustível aumenta
O cérebro utiliza uma quantidade extraordinária de energia em comparação com a maioria dos outros órgãos. Mesmo assim, pode continuar a processar informações quando a energia é limitada, ajustando a forma como os recursos disponíveis são utilizados. Os cientistas ainda estão tentando entender como o cérebro gerencia esse orçamento energético à medida que se move através de diferentes estados internos.
O sono oferece uma maneira útil de estudar essa questão. Embora o corpo esteja em repouso, o cérebro permanece ativo, especialmente durante o sono REM (movimento rápido dos olhos), que está intimamente associado ao sonho e ao processamento da memória. O sono REM é frequentemente descrito como “sono paradoxal” porque o corpo fica quase todo imóvel enquanto a atividade cerebral se assemelha à vigília.
Pesquisadores da Universidade de Tohoku identificaram agora outro paradoxo do sono REM. Durante esse estágio, o suprimento aparente de energia para o cérebro que sonha aumenta, mas os níveis das moléculas de energia que os neurônios usam diretamente diminuem.
"Já se sentiu exausto depois de um sonho vívido?" pergunta o professor Ko Matsui da Universidade de Tohoku. "O sono pode parecer tranquilo, mas o cérebro é altamente ativo - especialmente quando sonhamos. Ficamos intrigados com esse paradoxo e queríamos investigar a base científica por trás do motivo pelo qual sonhar é de alguma forma cansativo."
Para investigar o que acontece com a energia cerebral durante o sono, os pesquisadores usaram uma resina curável por UV para manter os crânios dos ratos transparentes, permitindo-lhes observar o cérebro durante o sono natural.
Usando imagens de fluorescência de campo amplo, eles rastrearam mudanças no volume sanguíneo cerebral como um sinal de entrada de suprimento de “combustível”. Eles também mediram o ATP neuronal, a molécula de energia que alimenta os neurônios, juntamente com o piruvato astrocítico, um composto chave que conecta a glicose do sangue ao metabolismo energético no cérebro.
O sono não REM é bem conhecido pela forte atividade neuronal na frequência da banda delta, mas também ocorrem flutuações menores na banda teta. Os pesquisadores descobriram que essas mudanças na banda teta poderiam prever mudanças no volume sanguíneo cerebral vários segundos depois. Esse padrão sugere que o cérebro adormecido ajusta seus vasos sanguíneos em resposta às mudanças na atividade neuronal e na demanda metabólica.
Um padrão diferente apareceu quando o cérebro passou do sono não REM para o sono REM.
Cerca de 50 segundos antes do início classicamente definido do sono REM, o volume sanguíneo cerebral começou a aumentar. A mudança começou no córtex posterior e depois avançou, apontando para um processo em grande escala que pode preparar o cérebro metabolicamente para o sono REM.
Assim que o sono REM começou, o piruvato astrocítico também aumentou. Esse aumento foi consistente com a maior disponibilidade de combustível metabólico ou com o aumento da atividade glicolítica nos astrócitos.
Existem várias explicações possíveis para esta diminuição do ATP.
Os neurônios podem usar grandes quantidades de ATP durante o sono REM para apoiar a reorganização sináptica relacionada à memória, a comunicação entre o hipocampo e o córtex ou amplas transições entre os circuitos cerebrais.
Outra possibilidade é que a transferência de recursos metabólicos dos astrócitos para os neurônios mude durante o sono REM. A produção mitocondrial de ATP também pode mudar durante esta fase.
Qualquer que seja o mecanismo, as descobertas sugerem que o cérebro que sonha pode estar a funcionar sob exigências de energia invulgarmente elevadas, mesmo quando o seu fornecimento de combustível aumenta.
Os resultados também podem revelar algo mais fundamental sobre a computação biológica.
Ao contrário dos computadores convencionais, os cérebros dos animais devem operar dentro de limites metabólicos estritos. Em vez de fornecer energia uniformemente ao cérebro, o sistema nervoso pode redirecionar recursos dependendo do estado comportamental, das demandas de memória e de outras necessidades internas.
“Compreender como o cérebro equilibra o fornecimento e o consumo de energia pode ajudar a explicar o que torna a inteligência biológica tão eficiente”, explica o investigador principal Yusuke Takahashi. “O sono REM nos dá um exemplo natural de como o cérebro reorganiza sua economia de energia para suportar processamentos internos complexos”.
O sono desempenha um papel crítico em funções como a consolidação da memória e a manutenção do desempenho mental no dia seguinte. Ao revelar como o fornecimento e o uso de energia mudam durante o sono REM, a pesquisa acrescenta outra peça ao quebra-cabeça de por que o sono é tão importante não apenas para o corpo, mas também para o cérebro.
Materiais fornecidos pela Universidade Tohoku. Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.
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