O cérebro usa quantidades extraordinárias de energia em comparação com a maioria dos outros órgãos. No entanto, pode continuar a processar informação quando a energia é limitada, ajustando a utilização dos recursos disponíveis. 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 ligado ao sonho e ao processamento da memória. O sono REM é frequentemente descrito como “sono paradoxal” porque o corpo permanece praticamente imóvel enquanto a atividade cerebral se assemelha à de estar acordado.
Pesquisadores da Universidade de Tohoku identificaram agora outro paradoxo do sono REM. Durante esta fase, o fornecimento aparente de energia ao cérebro que sonha aumenta, mas os níveis de moléculas de energia directamente utilizadas pelos neurónios diminuem.
As descobertas foram publicadas em biologia da comunicação.
“Você já se sentiu exausto depois de um sonho vívido?” pergunta Ko Matsui, professor da Universidade de Tohoku. “O sono pode parecer tranquilo, mas o cérebro é altamente ativo – especialmente durante o sonho. Ficamos intrigados com esse paradoxo e queríamos examinar a base científica por trás do motivo pelo qual sonhar é de alguma forma cansativo.”
Vendo o cérebro adormecido em tempo real
Para investigar o que acontece com a energia do cérebro 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, bem como o piruvato astrocítico, um composto chave que liga a glicose do sangue ao metabolismo energético no cérebro.
O sono não REM é conhecido pela forte atividade neuronal na frequência da banda delta, mas também por flutuações menores na banda teta. Os pesquisadores descobriram que essas alterações na banda teta poderiam prever alterações 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.
O cérebro se prepara antecipadamente para o sono REM
À medida que o cérebro passou do sono não REM para o sono REM, apareceu um padrão diferente.
Cerca de 50 segundos antes do início do sono REM classicamente definido, o volume sanguíneo no cérebro começa a aumentar. As mudanças começaram no córtex posterior e depois se espalharam ainda mais, apontando para um processo em grande escala que pode preparar metabolicamente o cérebro para o sono REM.
Assim que o sono REM começou, o piruvato astrocítico também aumentou. Este aumento foi consistente com a maior disponibilidade de combustível metabólico ou com o aumento da atividade glicolítica nos astrócitos.
Mas, ao mesmo tempo, o ATP neuronal caiu.
Por que a energia neuronal cai durante os sonhos?
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 a inervação generalizada nos circuitos cerebrais.
Outra possibilidade é que a transferência de recursos metabólicos dos astrócitos para os neurônios seja alterada 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 está a aumentar.
Um texto abrangente sobre a economia energética do cérebro
Os resultados também podem revelar algo mais fundamental sobre a computação biológica.
Ao contrário dos computadores tradicionais, os cérebros dos animais devem operar dentro de limites metabólicos estritos. Em vez de fornecer energia uniformemente por todo o cérebro, o sistema nervoso pode redirecionar recursos com base no estado comportamental, nas demandas de memória e em outras necessidades internas.
O investigador principal Yusuke Takahashi explica: “Compreender como o cérebro equilibra o fornecimento e o consumo de energia pode ajudar a explicar o que torna a inteligência biológica tão eficiente”. “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 importante em funções como consolidação da memória e 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.
