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Pesquisadores da Universidade de Tohoku mostraram que astrócitos – células gliais em forma de estrela que controlam o ambiente iônico e metabotrópico local do cérebro – exibem uma resposta ácida com o sono REM em camundongos. Eles teorizam que a resposta ácida pode ser o impulso subjacente para o processamento de informações específicas e a geração de plasticidade durante o sono.
Eles descobriram ainda que a resposta REM nos astrócitos se intensificou no cérebro epiléptico, o que significa que estudar as mudanças ambientais cerebrais associadas ao sono REM poderia ser potencialmente empregado como um biomarcador para a gravidade da epileptogênese.
As descobertas foram detalhadas na revista Cérebro em 3 de março de 2023.
Os neurônios são, sem dúvida, responsáveis pelo processamento de informações no cérebro. Não se pensava que os astrócitos fossem um componente essencial do circuito de informação neural. No entanto, descobertas recentes sugerem que o estado da mente, como consciência, sono, formação de memória e metaplasticidade, podem ser todos controlados pelas ações dos astrócitos.
Para entender o papel dos astrócitos na função cerebral, as proteínas do sensor fluorescente foram expressas geneticamente nos astrócitos de camundongos. Os pesquisadores implantaram uma fibra óptica no hipotálamo lateral dos camundongos, uma parte do cérebro vital para controlar nosso estado de sono ou vigília e o metabolismo de todo o corpo.
A luz de excitação foi enviada através desta fibra e os sinais de fluorescência emitidos foram registrados. Usando um método recém-criado, os pesquisadores dissecaram a concentração de cálcio e o pH dos astrócitos e as alterações locais no volume sanguíneo cerebral a partir dos sinais ópticos registrados.
Foi observada uma clara mudança nos sinais ópticos associados ao sono REM. Ocorreu uma diminuição do cálcio, diminuição do pH (isto é, acidificação) e aumento do volume sanguíneo cerebral local. Os pesquisadores identificaram que a acidificação e as mudanças no volume sanguíneo produzem um forte efeito nos sinais ópticos; portanto, muitos dos estudos anteriores usando fotometria de fibra podem ter interpretado mal seus dados registrados.
A acidificação foi especialmente inesperada, pois a solução intracelular das células é altamente tamponada para o pH. A acidificação forte ocorre na isquemia, mas as mudanças no pH não foram assumidas como ocorrendo em condições fisiológicas. Essa acidificação dos astrócitos pode conduzir à amplificação dos sinais sinápticos e pode ser a base da formação da memória durante o sono REM.
Curiosamente, as mudanças no ambiente cerebral local detectadas com as gravações ópticas precederam a mudança de assinatura da atividade elétrica neuronal do conjunto detectada com eletroencefalograma em quase 20 segundos. Isso sugere que os astrócitos e as alterações vasculares controlam o estado da atividade neuronal. A transição para o sono REM também pode ser prevista a partir dessas mudanças ambientais cerebrais locais.
“Durante o sono REM, as experiências anteriores são classificadas e lembradas ou esquecidas, e esse processo provavelmente é percebido como sonhos”, diz o professor Ko Matsui, do laboratório de Fisiologia Cerebral da Super-rede da Universidade de Tohoku, que liderou a pesquisa. “A acidificação nos astrócitos pode controlar a probabilidade de ocorrência de plasticidade nos circuitos neurais”.
Os pesquisadores estudaram ainda mais como as propriedades do sono REM mudam com a epilepsia. Estímulos repetidos no hipocampo de um camundongo produzem um cérebro propenso à hiperatividade e esse método de “inflamação” tem sido usado como modelo de epileptogênese. Após o kindling, os episódios de sono REM que ocorrem espontaneamente foram registrados. Surpreendentemente, muito pouca diminuição do cálcio astrocitário e aumento local do volume sanguíneo cerebral ocorreram com o sono REM, e uma forte resposta ácida foi registrada nos astrócitos.
“Nosso estudo anterior mostrou um aumento da resposta ácida dos astrócitos associada a crises epilépticas intensificadas”, diz o principal investigador do estudo, Dr. Yoko Ikoma. “A informação é transmitida e processada com sinais elétricos nos neurônios. O pH dos astrócitos pode ter controle sobre essas atividades neuronais tanto na fisiologia quanto na doença.”
O monitoramento do pH a granel e do fluxo sanguíneo cerebral local é possível em humanos usando fMRI. Ikoma diz que essas mudanças ambientais cerebrais locais associadas ao sono REM podem potencialmente ser usadas para diagnosticar a gravidade da epilepsia em pacientes humanos. “Uma estratégia terapêutica projetada para controlar o pH dos astrócitos poderia ser usada para prevenir a exacerbação da epilepsia”.
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