Os pesquisadores combinaram física e biologia em um estudo para fornecer a primeira evidência direta que explica por que dormimos. Os pesquisadores veem o cérebro como um computador biológico cujos recursos se esgotam durante a vigília. Eles demonstraram que o sono redefine o “sistema operacional” do cérebro ao seu estado ideal, otimizando o pensamento e o processamento.
Esta questão há muito intriga cientistas e pesquisadores: por que dormimos? O que a satisfação dessa necessidade básica realiza? Se você pesquisar “Por que dormimos” no Google, obterá respostas diferentes de várias fontes. Alguns dizem que o sono elimina as toxinas do cérebro, outros dizem que ajuda o corpo a reparar e rejuvenescer, e outros ainda dizem que o sono é fundamental para a formação de memórias de longo prazo.
Agora, um estudo realizado por pesquisadores da Universidade de Washington, em St. Louis, fornece a primeira evidência direta que pode responder a essa pergunta.
Keith Hengen, o autor correspondente do estudo, disse:"O cérebro é como um computador biológico. Memórias e experiências enquanto acordado mudarão o código pouco a pouco, afastando lentamente o sistema maior do estado ideal. O objetivo principal do sono é restaurar o estado de computação ideal. "
Não é demais comparar o cérebro a um computador complexo. Ambos usam sinais elétricos para transmitir informações, a memória de longo prazo é como um disco rígido para armazenamento e recuperação, e nossos neurônios são semelhantes a circuitos elétricos. Usar um computador significa executar muitos processos de monopolização de recursos em segundo plano que fazem com que o computador fique lento com o tempo. Os pesquisadores deste estudo usaram a “hipótese da criticidade” para especular que o cérebro se comporta de forma semelhante.
Na física, os estados críticos descrevem sistemas complexos que existem no ponto crítico entre a ordem e o caos. Os físicos propuseram pela primeira vez o conceito de pontos de inflexão no final da década de 1980, usando um conjunto simples de regras para lançar milhares de grãos de areia em uma grade semelhante a um tabuleiro de xadrez. A areia acabará por se acumular até um ponto em que avalanches, grandes e pequenas, começarão sem aviso prévio, com a areia de um quadrado caindo em cascata sobre outros quadrados.
“Todo o sistema se organiza em algo extremamente complexo”, disse Ralf Wessel, um dos coautores do estudo.
Aplicando a hipótese da criticidade ao cérebro, os investigadores comparam cada neurónio a um grão de areia individual que segue regras básicas. As avalanches neurais são semelhantes às avalanches de areia cunhadas pelos físicos, e a cascata é um sinal de que um sistema atingiu o seu estado mais complexo. Se os neurônios atingirem o ponto ideal entre muita ordem e muito caos, eles atingirão um ponto crítico, onde as capacidades de processamento de informações do cérebro serão maximizadas.
Hengen e Wessel exploraram a teoria da criticidade em 2019, demonstrando que o cérebro trabalha ativamente para manter um estado crítico. No presente estudo, eles e outros pesquisadores procuraram compreender a função do sono dentro de uma estrutura de criticidade. Eles mediram as respostas eletrofisiológicas de neurônios individuais no córtex visual de ratos jovens enquanto eles se moviam livremente durante os ciclos normais de sono/vigília.
“Podemos rastrear essas pequenas cascatas através de redes neurais”, disse Hengen. "No estado crítico, ocorrem avalanches de vários tamanhos e durações. Longe do ponto crítico, o sistema será inclinado apenas para pequenas avalanches ou grandes avalanches. É como escrever um livro apenas com palavras curtas ou longas."
Os pesquisadores observaram avalanches de vários tamanhos em ratos que acabavam de sair do sono reparador. Durante o período de vigília, a avalanche torna-se cada vez menor. Os pesquisadores descobriram que podiam prever quando os ratos estavam prestes a adormecer ou acordar, rastreando a distribuição das avalanches neurais. Quando o tamanho da avalanche neural diminui até certo nível, o sono se aproxima.
“As descobertas sugerem que cada momento de vigília afasta os circuitos cerebrais relevantes da criticidade e que o sono ajuda a reiniciar o cérebro”, disse Hengen.
No geral, dizem os pesquisadores, os dados apoiam um modelo no qual o sono funciona para restaurar um estado crítico que é progressivamente interrompido durante a vigília. Suas observações são consistentes com a hipótese de que manter um estado crítico é uma função regenerativa central do sono.
A pesquisa foi publicada na revista Nature Neuroscience.