O sono pode ser a chave da resiliência do cérebro

O sono pode parecer um botão de pausa. O corpo desacelera, os olhos se fecham e, por algumas horas, o mundo lá fora vai desaparecendo.

Durante muito tempo, cientistas descreveram o sono como um período de descanso ou como uma oportunidade para o cérebro “fazer a limpeza” depois de um dia cheio.

Ajudando o cérebro a manter flexibilidade com o sono

Dados recentes indicam que o sono pode ter um papel mais amplo do que apenas um intervalo de inatividade.

A ideia é que ele ajude o cérebro a conservar flexibilidade suficiente para se recuperar do stresse, adaptar-se a mudanças e continuar a aprender ao longo de toda a vida.

Segundo os autores, essa capacidade pode esclarecer por que o sono permaneceu ao longo de centenas de milhões de anos de evolução, mesmo tornando os animais mais vulneráveis a predadores.

“Queríamos ir além da ideia de que o sono é simplesmente uma recarga de bateria durante a noite”, disse o professor Xiaohui Wang, do Instituto de Química Aplicada de Changchun, da Academia Chinesa de Ciências.

“Quando você olha para o cérebro como uma rede dinâmica complexa, o sono passa a parecer algo que um engenheiro cuidadoso projetaria de propósito: uma janela programada para o sistema se reparar e se reorganizar.”

Para além de manter estabilidade

Os investigadores afirmam que muitos debates sobre o sono misturam três conceitos diferentes: estabilidade, robustez e resiliência. Embora soem parecidos, eles apontam para capacidades distintas.

Estabilidade é a habilidade do cérebro de continuar a funcionar apesar de pequenas perturbações. Robustez é a capacidade de seguir operando mesmo diante de ruído, mudanças graduais ou danos parciais.

Resiliência vai além. Trata-se da aptidão do cérebro para absorver um revés, reorganizar-se e, com o tempo, voltar a um funcionamento saudável.

Os autores defendem que o sono exerce seu papel mais decisivo ao proteger essa resiliência numa rede de cerca de 86 bilhões de neurónios.

Dois estágios, duas funções

O artigo descreve os dois principais estágios do sono como parceiros, cada um com responsabilidades diferentes.

No sono de movimentos oculares não rápidos (NREM), sobretudo no sono profundo de ondas lentas, a atividade cerebral desacelera para ritmos abaixo de 1 hertz.

Nessa fase, as ligações entre neurónios que se fortaleceram com a aprendizagem são reajustadas, para que o cérebro não fique sobrecarregado.

Já o sono de movimentos oculares rápidos (REM) segue outra lógica. A atividade cerebral torna-se mais intensa e menos sincronizada.

Os investigadores sugerem que o REM ajuda o cérebro a explorar padrões variados de atividade e a afrouxar conexões que ficaram rígidas demais.

Uma transição importante durante o sono

A passagem de um estágio para o outro pode ser especialmente relevante. De acordo com os autores, nesses momentos o cérebro atinge o seu nível máximo de metaestabilidade.

Isso o deixa mais preparado para alternar entre diferentes padrões de atividade. O NREM profundo também sustenta outro processo importante.

Durante esse estágio, o sistema glinfático do cérebro expande os espaços entre as células e remove resíduos metabólicos, incluindo a beta-amiloide, uma proteína associada à doença de Alzheimer.

Assim, enquanto as conexões cerebrais estão a ser ajustadas, os subprodutos são eliminados ao mesmo tempo.

“Uma rede que só otimiza pode acabar encurralada. O que o sono parece proteger é a capacidade de sair desse canto”, disse Longwei Yang, autor principal do estudo.

Lições para a IA

Os autores consideram que essas ideias podem ir além da biologia. Sistemas modernos de inteligência artificial (IA) frequentemente enfrentam esquecimento catastrófico, sobreajuste e saturação de rede.

Quando são treinados em tarefas novas, podem perder conhecimentos adquiridos em tarefas anteriores. O artigo cita vários estudos indicando que técnicas inspiradas no sono podem ajudar.

A Consolidação por Repetição do Sono (Sleep Replay Consolidation) permitiu que redes neurais artificiais mantivessem habilidades antigas enquanto aprendiam novas.

Outros investigadores relataram ganhos semelhantes em redes neurais de disparos (spiking neural networks) depois de introduzirem atividade offline semelhante ao sono.

Fazer uma pausa para reorganizar

Outro estudo observou que redes treinadas continuamente passaram a apresentar atividade pouco saudável, até que ruído oscilatório - concebido para se parecer com o sono de ondas lentas - restaurou um comportamento estável.

“O mais impressionante é a convergência”, disse o professor Haohong Li, da Faculdade de Medicina da Universidade de Zhejiang, cuja investigação se concentra na homeostase do sono e em oscilações neurais.

“Repetição, renormalização, poda e injeção de ruído aparecem como soluções tanto em cérebros quanto em máquinas.”

“Não estamos a afirmar que um centro de servidores dorme. Estamos a dizer que qualquer sistema de aprendizagem a operar num mundo em mudança pode precisar de fases offline estruturadas para se manter resiliente.”

Os autores sugerem que futuras IAs poderiam alternar entre períodos semelhantes ao NREM, que reforçam conhecimentos existentes, e períodos semelhantes ao REM, que reorganizam informações.

Em vez de avaliar desempenho apenas pela precisão, eles defendem que os investigadores também meçam o quão bem um sistema se recupera depois de uma perturbação.

Implicações para a saúde humana

Essa proposta também pode ajudar a entender por que alterações do sono frequentemente aparecem ao lado de condições como doença de Alzheimer, esquizofrenia e epilepsia.

Segundo a revisão, esses distúrbios estão associados a redes cerebrais frágeis e a padrões de sono perturbados.

Os autores sugerem que tratamentos voltados a fortalecer o sono de ondas lentas poderiam, no futuro, melhorar a capacidade de recuperação do cérebro - e não apenas proporcionar uma noite de sono melhor.

Horas silenciosas sustentam a resiliência

Os investigadores também enfatizam que, por enquanto, isso é uma perspetiva, e não uma prova.

A proposta reúne achados existentes num quadro que poderá ser testado por experiências futuras.

Modificar fases semelhantes ao sono deveria melhorar a recuperação após uma perturbação, alterar medidas de atividade cerebral de maneiras específicas e direcionar a repetição para as partes mais vulneráveis de uma rede.

Em vez de tratar o sono como um período em que o cérebro “desliga”, essa visão sustenta que essas horas silenciosas podem ser quando o cérebro realiza parte do seu trabalho mais importante.

Ao dormir, o cérebro preserva a sua capacidade de se adaptar, recuperar-se e continuar a funcionar num mundo que muda.

O estudo completo foi publicado na revista Brain Medicine.