Esculpindo o Cérebro


Essencial para o amadurecimento cerebral da criança, o sono influencia a plasticidade neural e o desenvolvimento cognitivo.

Revista Scientific American - por Marcos G. Frank

Em várias espécies de mamíferos, a quantidade de horas dormidas é maior durante os períodos de rápido desenvolvimento do cérebro e plasticidade sináptica que em qualquer outra época da vida. Essa observação sugere que o sono desempenha um importante papel no desenvolvimento cerebral. Mas quais dados sustentam essa hipótese? As próximas páginas descrevem vários estudos que apontam a função do sono no amadurecimento do cérebro e na plasticidade sináptica, e discutem diversas teorias a respeito da função do sono nos animais em desenvolvimento.

Existem duas classes de experimentos que fornecem evidência indireta de que o sono promove o desenvolvimento do cérebro. Em primeiro lugar, estão os estudos que demonstram associações ou correlações entre a quantidade de sono, ou eventos neurofisiológicos durante ele, e certos índices de desenvolvimento cerebral. Por exemplo, quando ratos jovens são expostos a novos brinquedos e objetos interessantes, seu cérebro torna-se maior, e esse aumento de tamanho está associado a um aumento no tempo de sono REM. Em outro estudo, com filhotes de ratos (que nascem com as pálpebras coladas), descobriu-se que os movimentos oculares do sono REM aumentam sua freqüência pouco tempo antes de eles conseguirem abrir os olhos, sugerindo que durante essa etapa do sono os circuitos motores são "preparados" para a experiência de andar. Outros indícios do papel do sono no desenvolvimento cerebral vêm de um estudo com fetos de ovelhas. A síntese de proteínas no cérebro desses animais (medida pela absorção de leucina) se eleva nos fetos durante o sono não-REM, indicando que esse estado do sono pode promover mudanças morfológicas e estruturais no cérebro em desenvolvimento.

A segunda classe de experimentos emprega a privação do sono REM no período pós-natal, seguida de avaliações comportamentais, neurológicas e bioquímicas na fase adulta. Como a necessidade de dormir é muito grande nos animais em desenvolvimento, a maioria desses experimentos usou métodos farmacológicos de privação do sono REM (medicamentos antidepressivos ou compostos relacionados que inibem o sono REM). Existem relatos de que a privação farmacológica do sono REM em ratos neonatos induz algumas mudanças neuroquímicas e comportamentais quando estes se tornam adultos. Tais mudanças envolvem a arquitetura do sono REM, os ritmos circadianos, a ansiedade e o comportamento sexual, e as alterações na neurotransmissão em sistemas colinérgicos (fibras nervosas ativadas pelo neurotransmissor acetilcolina) e monoaminérgicos (fibras ativadas pela monoamina). Entretanto, esses efeitos são bastante variáveis, e sua interpretação é complicada pelo fato de que não se sabe se os déficits observados são causados pela perda do sono REM ou por efeitos colaterais causados por estas drogas.

Indícios mais confiáveis de que dormir é importante para a plasticidade do desenvolvimento são obtidos através de experimentos que combinam a manipulação do sono com testes de desenvolvimento do sistema visual. Ao longo do desenvolvimento desse sistema, atividades espontâneas ajudam a estabelecer os padrões iniciais de ligações sinápticas, que serão elaboradas e esculpiidas pela experiência durante os subseqüentes períodos "críticos" do desenvolvimento pós-natal. O início do desenvolvimento do sistema visual central e sua posterior escultura pela experiência ocorrem em idades nas quais a quantidade de sono é muito alta, ou durante mudanças dramáticas na ocorrência do sono.

  • Privação monocular O papel do sono REM na maturação do cérebro foi examinado estudando-se os efeitos de sua privação (através de técnicas mecânicas), ou da eliminação das ondas cerebrais PGO (ondas Ponto-Genículo-Occipitais, na sigla em inglês), típicas desse estágio, no desenvolvimento subseqüente do sistema visual. Diversos pesquisadores franceses descobriram que a eliminação das ondas PGO através de cirurgias retarda o desenvolvimento morfológico e eletrofisiológico do núcleo geniculado lateral em gatos recém-nascidos. Esses achados indicam que a atividade neuronal do sono REM pode ser necessária para o funcionamento normal do núcleo geniculado lateral.

    Dormir também pode ser importante para o período crítico do desenvolvimento visual que ocorre posteriormente. Tradicionalmente, tal período era investigado bloqueando-se a visão de um dos olhos (privação monocular), o que rapidamente altera a resposta cortical em favor do olho que enxerga. Se essa privação for continuada por tempo suficiente, resulta em um atrofiamento das células do núcleo geniculado lateral, que servem o olho tampado. A combinação desse procedimento com a privação total do sono, a privação apenas do sono REM ou a eliminação das ondas PGO desse estágio do sono aumentam os efeitos da privação monocular no núcleo geniculado lateral. Ou seja, a privação monocular associada à privação do sono REM ou à privação total do sono resulta num atrofiamento maior das células do núcleo geniculado lateral que servem o olho fechado.

    Os resultados são semelhantes quando se combina a privação monocular com a eliminação das ondas pelo do sono REM, mas, nesse caso, as células do núcleo geniculado lateral, que recebem dados do olho aberto, parecem aumentar de tamanho. A privação do sono REM durante uma semana também reduz a imunorreatividade à proteína parvalbumina, que se liga ao elemento cálcio nos interneurônios GABAérgicos (neurônios q que não são nem sensórios nem motores, mas conectam outros) no núcleo geniculado lateral em desenvolvimento. Essas últimas descobertas são particularmente interessantes, já que a parvalbumina pode influenciar certas formas de plasticidade sináptica. Em suma, esses resultados indicam que a privação do sono REM ou a eliminação das ondas peo do sono REM alteram o amadurecimento do núcleo geniculado lateral durante períodos críticos de desenvolvimento do sistema visual.

  • Conexões duradourasSabe-se também que o sono REM desempenha função importante numa forma específica de "potenciação a longo prazo" fortalecimento duradouro na conexão entre dois neurônios), que é regulada pelo desenvolvimento e ativada durante o período crítico de desenvolvimento do sistema visual. Nesse tipo de potenciação a longo prazo, uma estimulação de alta freqüência na substância branca cerebral, em fatias do córtex retiradas de filhotes de ratos, produz o fortalecimento das sinapses (ligações entre os neurônios) nas camadas corticais II e III. Essa forma de potenciação a longo prazo diminui com a idade e não é observada em fatias corticais de ratos adultos. Quanndo fatias são preparadas a partir de ratos privados de sono REM durante o período de uma semana, percebe-se um alongamento da fase crítica para além da idade em que normalmente ocorre. A extensão do período crítico pela privação do sono REM foi análoga aos efeitos produzidos pela criação dos ratos no escuro, que também prolongou o período de indução dessa forma de potenciação a longo prazo.

    Pesquisas subseqüentes mostraram que a privação do sono REM não apenas estendeu o período crítico, como foi capaz de "reiniciá-lo", quando aplicada pouco depois de a plasticidade normalmente desaparecer. Esses achados sugerem que o sono REM pode normalmente influenciar certas formas de plasticidade cortical nos animais em desenvolvimento, e essa influência também foi demonstrada em animais vivos.

    Um período curto de sono imediatamente após uma privação monocular aumenta os efeitos desta última em circuitos corticais (isto é, a troca para o olho que enxerga), mas um tempo igual de vigília em completa escuridão não tem o mesmo efeito. A demonstração disso foi feita tanto pela gravação da atividade de um único neurônio quanto pela obtenção de imagens ópticas de sinais intrínsecos, uma técnica que revela mudanças em larga escala na plasticidade através de todo o córtex visual.

    Essas descobertas correspondem às primeiras demonstrações experimentais de que o sono e sua perda afetam diretamente a plasticidade sináptica num cérebro intacto. Pesquisas subseqüentes mostraram que essa plasticidaade cortical dependente do sono requer atividade neuronal. Se os neurônios corticais são temporariamente impedidos de disparar potenciais de ação durante o sono pós-privação monocular, a troca para o olho que enxerga não ocorre.

    Ainda não se sabe como exatamente os sonos REM e não- REM contribuem para este processo, mas o aumento da plasticidade cortical está altamente correlacionada com o período de sono não-REM, sugerindo que esse tipo de sono tem uma função importante no rápido remodelamento sináptico cortical provocado pela privação monocular.

  • Efeitos colateraisAs descobertas aqui descritas apóiam a tese da existência de uma função para o sono no desenvolvimento do sistema visual, mas deve-se ter em mente algumas ressalvas. Primeiramente, existem possíveis efeitos colaterais na manipulação experimental usada em cada um desses estudos. Por exemplo, a privação do sono influencia indiretamente o comportamento e a química neuronal de tal maneira que pode afetar os resultados de um experimento, independentemente das mudanças no sono.

    Uma potencial fonte de confusão em qualquer estudo ennvolvendo privação de sono é o stress. Isso acontece porque mesmo formas suaves de privação de sono são capazes de elevar os hormônios de stress, que por sua vez podem interferir no desenvolvimento e na plasticidade do cérebro. Em segundo lugar, uma manipulação feita em um estado de vigília pode influenciar processos neuronais em outros estados, tornando difícil a determinação de qual estado de vigília é responsável pelos efeitos observados.

    Um exemplo desse problema é o estudo que usou lesões cerebrais para investigar o papel das ondas peo do sono REM no desenvolvimento do núcleo geniculado lateral. Tais lesões não apenas destruíram as áreas-alvo, mas também os axônios que passavam das áreas superiores para as inferiores do cérebro. Portanto, é difícil dizer com certeza se os déficits comportamentais subseqüentes foram causados pela ausência de PGOs, ou se por algum efeito colateral provocado pela destruição dos circuitos ascendentes e descendentes.

      A mãe como primeira guardiã do sono

      Dormir e comer são funções intimamente ligadas nos primeiros anos de vida: a fome nos faz despertar e a saciedade, adormecer. Mas essa relação transcende dimensões fisiológicas. Ao nutrir o filho, a mãe também oferece a qualidade de sua presença, que reflete desejos e fantasias que poderão "alimentar" ou não um adormecer tranqüilo.

      O sono, em especial o sono REM, pode ser comparado a uma tela para o sonho, isto é, uma base em branco sobre a qual se inscrevem representações psíquicas. Mas, além de uma tela de projeção, o sono também é uma proteção, que filtra e faz anteparo àquilo que poderia inundar o psiquismo com excitações internas.

      Por isso se diz que, para o bebê, a mãe atua como um sistema de pára-excitação, que será paulatinamente substituído pelo funcionamento psíquico da própria criança, tornado-a capaz de ficar sozinha e de dormir sem a presença de um adulto.

      Antes de os sonhos advirem, a mãe é a primeira guardiã do sono. A instalação desse fundo psíquico básico relacionado ao sono dará lugar, mais tarde, aos sonhos da infância e à capacidade de fantasiar.

      Adormecer nos braços da mãe é, portanto, uma experiência erótica fundante do desejo de dormir - e também de sonhar. A capacidade do bebê de adormecer é considerada um protótipo arcaico de sua atividade psíquica e o ciclo vigília-sono seria um indicador sutil das primeiras fases do desenvolvimento, expressando em certa medida o funcionameno psíquico da crian e;e atua como um sistema de pára-excitação, que será paulatinamente substituído pelo funcionamento psíquico da própria criança, tornado-a capaz de ficar sozinha e de dormir sem a presença de um adulto.

      Antes de os sonhos advirem, a mãe é a primeira guardiã do sono. A instalação desse fundo psíquico básico relacionado ao sono dará lugar, mais tarde, aos sonhos da infância e à capacidade de fantasiar.

      Adormecer nos braços da mãe é, portanto, uma experiência erótica fundante do desejo de dormir - e também de sonhar. A capacidade do bebê de adormecer é considerada um protótipo arcaico de sua atividade psíquica e o ciclo vigília-sono seria um indicador sutil das primeiras fases do desenvolvimento, expressando em certa medida o funcionameno psíquico da criança.

      Para a psicossomática psicanalítica, os distúrbios precoces de sono resultam de falhas na progressiva instalação da capacidade de sonhar, transformando a hora de dormir em momentos de angústia, pesadelo e terror.

  • Três fatosNo agora clássico estudo com bebês, Roffwarg e colegas propuseram que uma grande quantidade de sono REM durante o início da infância provê uma importante fonte de atividade neuronal endógena, necessária ao amadurecimento do cérebro. Nas formulações mais recentes da hipótese ontogênica, sugere-se que o sono REM, além de promover o desenvolvimento normal do cérebro, também o protege contra uma "excessiva" plasticidade dependente de experiência. Acredita-se que ambas as funções sejam mediadas pelas ondas PGO, ou por uma liberação acentuada de acetilcolina durante o sono REM.

    A hipótese ontogênica e suas variantes são intuitivamente atraentes, já que a quantidade de sono REM é extraordinariamente alta em bebês, e diminui à medida que o cérebro se desenvolve. Tal hipótese é apoiada por descobertas as quais indicam que a privação do sono REM ou a eliminação das ondas peo podem modificar o desenvolvimento morfológico ou eletrofisiológico do núcleo geniculado lateral e a plasticidade sináptica cortical regulada pelo desenvolvimento em cada local do cérebro.

    A teoria de que o sono REM contrabalança as experiências enquanto os bebês estão acordados tem menos suporte direto, mas é plausível devido a três fatos. Primeiro, as ondas PGO em gatos adultos ativam simultaneamente todas as partes do núcleo geniculado lateral, indicando que essa atividade, em contraste com a experiência visual, não depende de cada um dos olhos. Teoricamente, tal ativação, não específica de circuitos neuronais, se presente em animais em desenvolvimento (inclusive bebês), poderia contrabalançar a ativação de circuitos neuronais específica e dependente de experiência típica de quando se está acordado. Segundo, ao contrário dos mamíferos adultos normais, as latências para o sono REM (o tempo que transcorre entre o estágio inicial do sono até o começo do sono REM) em bebês são muito curtas, e os movimentos rápidos dos olhos, no início do sono, ocorrem com freqüência. Terceiro, em nosso estudo, a plasticidade cortical teve uma correlação negativa com a quantidade de sono REM, sugerindo que este inibe a plasticidade dependente da experiência. Assim, é possível que nos neonatos as entradas mais freqüentes no estágio REM e os movimentos rápidos dos olhos na fase inicial do sono interfiram na consolidação das mudanças dependentes da experiência nos circuitos neuronais.

    Apesar do apelo da hipótese ontogênica, várias questões continuam aguardando resolução. Como abordado acima, potenciais efeitos colaterais dos procedimentos usados na privação no sono REM e eliminação das ondas PGO (por exemplo, o stress) complicam a base experimental dessa hipótese. Outra questão é que o sono REM dos recém-nascidos pode não ser idêntico ou homólogo ao sono REM dos adultos, e mesmo quando períodos inequívocos de REM são observados, os fenômenos típicos desse estágio nos adultos (como as ondas PGO) não estão sempre presentes. Por exemplo, as ondas PGO em filhotes de gatos não são registradas nas idades em que o sono REM acontece com maior freqüência. Também não se sabe se outros aspectos do sono REM, como a atividade colinérgica aumentada, estão presentes em animais recém-nascidos. Considerando-se a lenta maturação dos sistemas colinérgicos e o aparecimento tardio de outros fenômenos do sono REM, isso parece improvável. De fato, a maioria dos estudos que atribuem uma função no desenvolvimento ao sono REM foi conduzida em idades nas quais este já havia declinado para níveis próximos dos de um adulto.

    Um quarto e último ponto é que a hipótese ontogênica não considera o papel potencial do sono não-REM no desenvolvimento do cérebro. Essa negligência pode ter uma origem histórica, considerando a ênfase que o sono REM recebeu no passado. Mas vários achados recentes associam o sono não-REM à plasticidade sináptica e ao desenvolvimento neuronal. Em suma, existem dados para apoiar as predições da hipótese ontogênica, mas eles se limitam a um período curto da fase de desenvolvimento e se restringem ao sono REM.

    O aumento da plasticidade cortical pelo sono não-REM durante o desenvolvimento em animais vivos sugere que esse também pode ter uma importante função no desenvolvimento do cérebro. O aumento da plasticidade sináptica dependente da experiência é consistente com descobertas em animais adultos a respeito da associação do sono não-REM ao aprendizado e à consolidação das memórias, e com eventos neuronais, que podem contribuir para o remodelamento de sinapses. Mudanças ontogênicas no sono não-REM, que coincidem com períodos de plasticidade cortical aumentada, também sugerem um papel para o sono REM na plasticidade cortical do desenvolvimento. Em gatos, há um declínio rápido no sono REM e um correspondente aumento na quantidade de sono não-REM próximo ao início do período crítico de desenvolvimento visual.

  • Outras funçõesEsses achados sugerem que o sono não-REM pode consolidar as experiências que se tem quando estamos acordados, um processo que começa durante períodos críticos do desenvolvimento cerebral, quando o animal é mais sensível às experiências em vigília, mas se conserva durante toda a vida.

    Parece provável que o sono não- REM também tenha outras funções no cérebro em desenvolvimento, além da possí

    • Leitura Dinâmica e Memorização

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