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Novas pesquisas sobre sono e vigília põem radicalmente em xeque um século de pensamento, pois os dois estados não são tão distintos quanto os cientistas acreditavam anteriormente.
Embora seja um problema que mais de um terço dos americanos possa não estar recebendo pelo menos as sete horas de sono recomendadas por noiteacontece que alguns de nós podem estar dormindo milissegundos sem nem perceber. Agora, graças a uma nova análise de computador, “lampejos” de sono foram detectados em partes de cérebros que de outra forma estariam acordados, e vice-versa.
Um resultado inesperado
Quando os candidatos a Ph.D. Alan Schneider da Universidade de Washington e David Parks da Universidade de Santa Cruz apresentaram pela primeira vez os resultados de seu trabalho, o professor David Haussler, que dirigia o laboratório onde Schneider estava trabalhando, ficou surpreso. O professor Kenneth Hegen, diretor do laboratório em que Parks estava operando, disse a eles para voltarem novamente; eles devem ter perdido alguma coisa. “Foi um processo emocionante como cientista ter meus alunos derrubando essas torres tijolo por tijolo, e para mim ter que ficar bem com isso”, comentou Hegen.
Derrubar paradigmas nunca é fácil. Devido à natureza extraordinária do que Schneider e Parks estavam descobrindo, Hegen e Haussler exigiram evidências extraordinárias — e foi exatamente isso que receberam. Hegen se sentiu desafiado a reexaminar se suas crenças de longa data eram baseadas em evidências reais.
Os dados para o estudo foram produzidos monitorando os sinais elétricos nos cérebros de camundongos ao longo de muitos meses, utilizando um pequeno capacete que capturou a atividade de quatro a oito regiões em seus cérebros. Dez regiões específicas foram estudadas em todos os camundongos. Os cientistas alimentaram os dados para um algoritmo de aprendizado preditivo para descobrir o que pode estar escondido dos olhos humanos.
O conjunto de dados era enorme, com milhões de gigabytes, exigindo uma rede de computação avançada alojada na US San Diego para ajudar a processá-lo. Ao longo de quatro anos, a dupla treinou uma rede neural para discernir se um cérebro humano estava acordado ou dormindo, comparando suas respostas com aquelas fornecidas por três especialistas em sono humano.
APRENDIZAGEM DE MÁQUINA APROVEITADA PARA ENTENDER O SONO
Uma vez que o algoritmo de aprendizado de máquina foi treinado, os pesquisadores tentaram trabalhar de trás para frente e descobrir exatamente como ele estava aprendendo. Analisar isso pode ser notoriamente desafiador para redes neurais convolucionais como a usada neste estudo. Os pesquisadores começaram a alimentá-lo com pedaços cada vez menores de informação em uma tentativa de discernir como ele estava tomando decisões. Para sua surpresa, eles descobriram que ele poderia determinar estados de vigília em um cérebro com base em apenas milissegundos de informação. Este foi um período de tempo muito curto para que as ondas lentas de vários segundos de duração que antes se acreditava que governavam o sono fornecessem qualquer padrão significativo.
As explosões rápidas e de alta frequência até mostraram microperíodos de sono ou vigília limitados a apenas porções únicas do cérebro, enquanto o resto permaneceu em um estado diferente. Mesmo durante o sono, os cérebros dos camundongos exibiriam lampejos de uma forma de sono, como REM, enquanto o melhor do cérebro lê como no sono NREM.
Todas as combinações possíveis de estados foram detectadas nos dados, minando ainda mais as ideias anteriores que apoiam uma ordem estrita de despertar do sono NREM para o sono REM. Indiscutivelmente, um dos elementos mais surpreendentes do estudo foi ver essas detecções refletidas na observação visual dos sujeitos. Enquanto os camundongos foram observados acordados e dormindo, um lampejo do estado oposto em algum lugar do cérebro resultou em uma mudança perceptível no comportamento do sujeito. Se o camundongo estivesse dormindo e rapidamente piscasse como acordado, isso coincidiria com ele se sacudindo durante o sono. Por outro lado, camundongos acordados foram vistos parando brevemente e “desligando” quando seus cérebros piscavam para dormir por um momento.
A interpretação dos pesquisadores sobre o que pode estar ocorrendo oferece desafios à nossa compreensão existente do sono. Onde antes se acreditava que ondas lentas constituíam o sono, eles agora levantam a hipótese de que o sono na verdade constitui ondas rápidas. As ondas lentas, em contraste, podem funcionar apenas para coordenar essas ondas rápidas quando o cérebro está predominantemente em um estado ou outro, o que agora parece ser mais permeável do que se pensava.
Nossa compreensão futura do sono
Para onde essa pesquisa vai no futuro é em direção a uma granularidade muito mais fina de compreensão de como o sono funciona. Problemas de sono são centrais para muitos problemas e doenças neurológicas, e o sono é essencial para o desenvolvimento neurológico em primeiro lugar. Com os americanos enfrentando casos crescentes de doenças neurológicas como Alzheimer, uma doença que é conhecida por incluir problemas de sono como um de seus componentes, compreender as complexidades do sono se torna cada vez mais crucial.
O novo estudo“Uma incorporação não oscilatória, em escala de milissegundos, do estado cerebral fornece insights sobre o comportamento”, aparece na revista Neurociência da Natureza.
Ryan Whalen é um escritor que mora em Nova York. Ele serviu na Guarda Nacional do Exército e é bacharel em História e mestre em Biblioteconomia e Ciência da Informação com certificado em Ciência de Dados. Atualmente, ele está concluindo um mestrado em História Pública e trabalhando no Harbor Defense Museum em Fort Hamilton, Brooklyn.
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