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23/10/2007

Uma máquina ativa, com propósito, que sai à noite para brincar

The New York Times
Benedict Carey
Jonathon Rosen/The New York Times 

A tarefa parece tão simples quanto um exercício da "Vila Sésamo". Estudar pares de ovos de Páscoa em uma tela de computador e memorizar como foram arranjados pelo computador: o ovo água à frente do arco-íris, o paisley (estampado escocês) à frente do coral -e há apenas seis ovos aqui.

A maioria das pessoas pode estudar estes pares por cerca de 20 minutos e tirar nota máxima, mesmo um dia depois. Mas são muito menos precisas na escolha entre dois ovos que não foram diretamente comparados: água à frente de arco-íris, mas isto significa que está à frente do paisley? É nebuloso.

Isto é, é nebuloso até que você durma.

Em um estudo publicado em maio, pesquisadores das universidades de Harvard e McGill informaram que os participantes que dormiram após jogar este jogo marcaram significativamente mais pontos em um novo teste do que aqueles que não dormiram. Enquanto dormiam, eles aparentemente descobriram o que aparentemente não conseguiam enquanto estavam acordados: a estrutura da hierarquia simples que ligava os pares, paisley à frente de água, à frente de arco-íris e assim por diante.

"Nós achamos que o que acontece durante o sono é que você amplia a abertura da memória e é capaz de ver o quadro maior", disse o principal autor do estudo, Matthew Walker, um neurocientista que atualmente está na Universidade da Califórnia, em Berkeley. Ele acrescentou que muitos destes entendimentos ocorrem "apenas quando você entra neste mundo das maravilhas do sono".

Os cientistas tentam determinar por que as pessoas precisam de sono há mais de 100 anos. Eles não aprenderam muito mais do que qualquer novo pai descobre rapidamente: perda de sono deixa você mais propenso a erros, emocionalmente mais frágil, menos capaz de se concentrar e quase certamente mais vulnerável a infecção. Eles também sabem que algumas pessoas precisam apenas de três horas de sono por noite, ou até menos, e que há algumas almas robustas que permaneceram acordadas por mais de uma semana sem problemas de saúde significativos.

Agora, um pequeno grupo de neurocientistas está argumentando que pelo menos uma função vital do sono está ligada ao aprendizado e memória. Uma enxurrada de novas descobertas, em animais e seres humanos, sugere que o sono tem um papel crítico na rotulação e armazenamento de memórias importantes, tanto físicas quanto intelectuais, assim como talvez vendo associações sutis que eram invisíveis no estado desperto- uma nova forma de resolver um problema matemático ou de ovos de Páscoa, mesmo um padrão invisível que causava desgaste em um casamento.

A teoria é controversa e alguns cientistas insistem que ainda está longe de estar claro se o cérebro no estado de sono pode fazer algo com as memórias que o cérebro desperto também não possa, em momentos de contemplação silenciosa.
MUNDO DO SONO
Reuters - 30.ago.2002
 
DORMIR COM O FILHO


Mas a nova pesquisa ressalta uma vasta transformação na forma como os cientistas passaram a entender o sono do cérebro. Antes visto como uma tela em branco, uma metáfora para a morte, ele despontou como uma máquina ativa, com propósito, uma inteligência secreta que sai à noite para brincar -e trabalhar- durante períodos de sonho e durante o limbo conhecido como sono profundo.

"Para fazer ciência é preciso ter uma idéia e por anos ninguém teve uma; as pessoas viam o sono como nada exceto uma aniquilação da consciência", disse J. Allan Hobson, um professor de psiquiatria de Harvard. "Agora o nosso conhecimento é diferente e temos algumas idéias muito boas sobre o que está acontecendo."

A evidência estava lá o tempo todo. Bebês fazem movimentos de mamar enquanto dormem e suas pálpebras fechadas estremecem, como se os olhos sob elas tivessem vida própria. Mas só foi no início dos anos 50, em um laboratório da Universidade de Chicago, que os cientistas registraram e identificaram o que estava acontecendo.

Eugene Aserinsky, na época estudante de doutorado em fisiologia, estava monitorando o sono e despertar de seu filho de 8 anos, usando eletrodos ligados à cabeça do menino, conectados a uma máquina leitora de ondas cerebrais. Ele também fixou dois eletrodos nas pálpebras do menino, para avisar quando o menino acordou. Certa noite ele notou padrões de onda que mostravam que o garoto tinha despertado. Mas ele continuava dormindo.

Aserinsky confirmou a atividade em outras pessoas e, em 1953, ele e seu orientador, Nathaniel Kleitman, publicaram o resultado em um artigo agora famoso na revista "Science". Eles posteriormente chamaram o estado estranho, inconsciente, de sono de movimento rápido dos olhos ou REM (segundo a sigla em inglês).

"Aquele foi realmente o início da pesquisa moderna do sono, apesar de ninguém saber na época", disse William Dement, na época um estudante de medicina no laboratório de Kleitman e atualmente um professor de psiquiatria e medicina do sono da Universidade de Stanford. "Foram necessários anos para as pessoas perceberem o que tínhamos."

Dement, estimulado pelas teorias de Freud sobre os sonhos, rapidamente se lançou no estudo do REM. Ele descobriu que era universal e ocorria periodicamente durante a noite, se alternando com outros estados. Ele lhes deu nomes: estágios 3 e 4, ou sono profundo, quando as ondas elétricas são traçadas tão baixas quanto ondulações do meio do oceano; estágio 2, um estágio intermediário entre o REM e o sono profundo; e o estágio 1, sono leve.

Ele também confirmou a ligação entre REM e o sonhar, e por algum tempo as esperanças da pesquisa do sono -e o dinheiro para ela- aumentaram.

Mas Dement, Hobson e outros encontraram poucas evidências em seus estudos que confirmassem que os sonhos eram os desejos proibidos, disfarçados, descritos por Freud. Eles encontraram um emaranhado de aparentes ansiedades, fantasias e repetições vívidas, frequentemente absurdas, de eventos que exibiam poucos padrões verificáveis ou funções mensuráveis.

Eles atingiram uma parede e a pesquisa do sono, como seu assunto noturno, passaram do entusiasmo do REM de volta ao vazio. "Ocorreu aquela grande empolgação, seguida basicamente por 40 anos de nada; foi simplesmente horrível", disse Robert Stickgold, um neurocientista cognitivo de Harvard. "Apenas um período de trevas."

O sol nasceu em 1994, em Rehovot, Israel. Lá, uma equipe de pesquisa liderada por Avi Karni descobriu que privar as pessoas do sono REM prejudicava a memória dos padrões que tinham aprendido no dia anterior, enquanto privá-las do sono profundo não.

Este resultado gerou mais perguntas que respostas -os participantes estavam simplesmente sonolentos ou estressados? Por que justo o REM? Qual o propósito dos outros estados do sono?- mas foi um convite aos pesquisadores interessados no assunto.

"Eu telefonei imediatamente para Karni e ele me enviou todos seus protocolos, tudo", disse Stickgold.

Outros também o procuraram. O campo estava despertando e agora voltava seu foco para uma área há muito negligenciada: aprendizado e memória.

Desde então os resultados de estudos passaram a surgir quase rápido demais para serem digeridos, sugerindo que no estado de sono o cérebro trabalha com a informação aprendida como um separador de moedas. Ele primeiro destila as lembranças do dia antes de separá-las -vocabulário, fatos históricos e moedas de 10 centavos aqui; escalas de violoncelo, arremessos de basquete e moedas de 25 centavos ali. Ele então as agrupa em montes legíveis, em momentos diferentes da noite. Na prática, os estágios do sono parecem ser especializados em lidar com tipos específicos de informação, sugere o estudo.

Em uma recente tarde de segunda-feira no laboratório de Stickgold, no Beth Israel Deaconess Medical Center, em Boston, um estudante de pós-doutorado, Matthew Tucker, estava realizando um estudo sobre o efeito dos cochilos sobre as palavras memorizadas. Em uma sala vizinha, um estudante da Universidade de Boston estudava uma lista com 48 pares de palavras; em outra, um estudante da Universidade de Massachusetts tinha acabado de estudar e estava se reclinando para um cochilo, seu rosto coberto de eletrodos, como sanguessugas com antenas.

"Estudantes universitários estão sempre prontos para um cochilo; não temos problemas com isso", disse Tucker, enquanto andava de um lado para outro, checando seu relógio, cronometrando o cochilo de um estudante e o período de estudo do outro.

Ele se sentou por um momento. "Nós estamos descobrindo que se uma pessoa tira um cochilo que contém sono de onda lenta -sono profundo- o desempenho das tarefas de memória declarativa, que exigem memorização de informação baseada em fato como palavras casadas, é ampliado em comparação a uma pessoa que não tira um cochilo", disse Tucker.

Estudos anteriores do sono noturno apontaram a mesma coisa. A memória de fatos aprendidos, sejam nomes, lugares, números ou verbos em persa, parece se beneficiar em parte com o sono profundo. Pessoas que dormem bem geralmente entram em sono profundo cerca de 20 minutos após suas cabeças encostarem no travesseiro. Elas podem passar uma hora ou mais nestes estados profundos no início da noite, e geralmente menos tempo posteriormente. Resumindo, quando se está acumulando informação, pode ser melhor dormir cedo e acordar cedo, do que ficar estudando até as 2 horas da manhã, sugere a pesquisa.

O sono REM, grande parte do qual ocorre mais tarde na noite, parece importante para reconhecimento de padrões -para aprendizado de gramática, por exemplo, observar pássaros ou jogar xadrez.

Em um estudo de 2003, Sara Mednick, na época em Harvard e atualmente na Universidade da Califórnia, em San Diego, liderou uma equipe que fez com que 73 pessoas entrassem no laboratório às 9 horas da manhã e aprendesse a discriminar uma série de padrões texturizados. Alguns dos participantes então tiraram um cochilo de cerca de uma hora às 14 horas e outros não.

Quando testados novamente às 19 horas, o grupo que descansou se saiu ligeiramente melhor. Quando testados novamente na manhã seguinte, após todos terem dormido à noite, o grupo que tirou um cochilo se saiu muito melhor. Os cochilos incluíram tanto sono REM quanto profundo.

"Nós achamos que o cochilo que contém ambos os estados faz o mesmo pela consolidação da memória que o sono noturno", quando se trata do aprendizado do reconhecimento de padrão, disse Mednick.

Não que o estágio 2 seja um corredor vazio entre destinos. Em uma série de experiências que iniciou no começo dos anos 90, Carlyle Smith, da Universidade de Trent, no Canadá, encontrou uma forte associação entre a quantidade de sono do estágio 2 que uma pessoa tem e a melhoria no aprendizado de tarefas motoras. Dominar uma guitarra, um taco de hóquei ou um teclado são todas tarefas motoras.

Os músicos, entre outros, sentem isto há eras. Uma peça que frustra os dedos durante a prática noturna freqüentemente flui pela manhã. Mas apenas nos últimos anos a ciência os alcançou e deu forma prática ao que sabiam instintivamente.

Por exemplo, Smith disse que as pessoas costumam ter grande parte de seu sono do estágio 2 na segunda metade de noite. "A implicação disto é que se você está se preparando para uma apresentação, um recital de música, digamos, ou uma exibição de skate, é melhor ficar acordado até tarde do que acordar realmente cedo", ele disse em uma entrevista. "Estes treinadores que fazem os atletas ou artistas acordarem às 5 horas da manhã, eu acho que é loucura."

Apesar de toda esta informação, os pesquisadores da memória ainda precisam entender o quadro completo de como todas as peças se encaixam. Cada um tem uma teoria, mas elas divergem: Smith se concentra no estágio 2, outros no sono profundo, outros no REM ou uma combinação de REM e sono profundo. E ninguém sabe como as diferenças individuais entre aqueles que dormem tarde e aqueles que dormem cedo, por exemplo, afetam o aprendizado noturno.

Além disso, disse Jerome Siegel, um professor de psiquiatria da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, milhões de pessoas tomam medicamentos que suprimem o REM sem apresentarem problemas sérios de memória. "Eu não descartaria a possibilidade do sono contribuir para a consolidação do aprendizado e da memória, mas a alegação é de que é essencial, que faz algo que o cérebro desperto não faz, e a pesquisa não mostra isto", disse Siegel.

Mesmos os universitários que passam a noite acordados fornecem evidência de que alguma consolidação ocorre durante o estado desperto, ele disse. "Os universitários sabem que a melhor forma de aprender as coisas não é ficando acordado a noite toda, porque isto afetará seu julgamento", disse Siegel, "mas não importa quão bom seja seu julgamento se a informação não estiver lá. E os estudantes sabem por experiência que muita informação está."

Um motivo para alguns neurocientistas estarem confiantes de que o estado de sono do cérebro está trabalhando ativamente com as informações do dia é porque viram com seus próprios olhos -ou ao menos ouviram.

Em seu laboratório no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Matthew Wilson estuda ratos e camundongos usando o que parecem chapéus de Carmen Miranda. Eles são implantes ultraleves por meio dos quais os pesquisadores inserem cabos como fios de cabelo para registrar a atividade de células individuais nas profundezas do cérebro, no hipocampo esquerdo e direito, onde as memórias do dia são gravadas.

Pesquisa anterior mostrou que o hipocampo é espacialmente sensível: ele parece literalmente casar a atividade de neurônios individuais com localizações fora do corpo. Acredita-se que estes sistemas funcionem de forma semelhante em seres humanos e roedores.

Os computadores registravam a ativação das células em tempo real e podiam transmiti-las por alto-falantes. "Eu às vezes escutava esta música de fundo do cérebro enquanto os animais estavam dormindo, e comecei a ouvir esta seção que soava muito com o padrão de quando os animais estavam no labirinto", disse Wilson em uma entrevista. "Eu reconheci o padrão de ativação."

O caminho do labirinto é uma memória importante para estes animais; trata de tudo o que sabem. Em um estudo publicado em dezembro passado, Wilson e Daoyun Ji relataram que enquanto os animais dormiam, eles registraram a conversa dos neurônios no centro visual do neocórtex, seguida por uma aparente resposta do hipocampo -e não uma resposta qualquer, mas uma repetição da atividade no hipocampo que ocorreu durante a tarefa no labirinto.

Wilson acha que este é um tipo de conversa off-line entre o neocórtex, que está envolvido no aprendizado consciente no estado desperto, e o hipocampo. "O que percebemos é que a luz acende no neocórtex uma fração de segundo antes de acender no hipocampo, como se o córtex estivesse pedindo informação", ele disse.

Segundo ele, este processo provavelmente é semelhante ao que acontece quando as pessoas fazem uma pausa para refletir, sem distrações, selecionando entre as experiências do dia, também rotulando detalhes importantes, repassando eventos. "A pergunta não é se este é um processo essencial; ele é", disse Wilson. "A pergunta é se há algo acontecendo durante este processo que é único do estado de sono."

Subimal Datta, um neurocientista na outra margem do rio, na Escola de Medicina da Universidade de Boston, pensa o mesmo. Em seus estudos de animais, ele documentou que durante o sono o cérebro é tomado por um banho químico diferente de qualquer outro que ocorre durante o estado desperto. Os níveis de transmissores inibidores aumenta acentuadamente e os níveis de muitos ativadores caem, ou são desativados totalmente.

Segundo Datta, mesmo antes do REM é detectável um pequeno conjunto de células no tronco encefálico estimulando um aumento do glutamato -um neurotransmissor ativador- que leva a uma síntese de proteína e outras mudanças que apóiam o armazenamento de memória de longo prazo.

"Durante o estado desperto nós temos milhares de coisas acontecendo ao mesmo tempo, a biblioteca está sendo cheia e não podemos processar tudo", disse Datta. Enquanto está acordado, o cérebro também está reunindo muitas informações valiosas subconscientemente, ele disse, sem que a pessoa esteja ciente disto.

"É durante o sono que temos esta condição especial de desembaraçar esta sobrecarga, e estes processos REM então ajudam a guardar o que é importante", disse Datta.

No jargão do campo, a "razão entre sinal e ruído" se torna mais forte. O traço neural das trivialidades é enfraquecido, detalhes cruciais são repetidos e reforçados.

Os sonhos ainda desafiam a medição científica, mas eles também têm um lugar na teoria em evolução do aprendizado dependente do sono.

É provavelmente durante o REM, argumentam alguns cientistas, que o cérebro realiza a mistura, associação e manipulação dos traços de memória que preservou, à procura de conexões escondidas que ajudam a compreender o mundo. A experiência de vida é cortada e reordenada, peneirada e misturada de novo. Este processo pode ser o responsável pelas cenas absurdas, desconexas, que ocorrem durante os sonhos: o caleidoscópio da experiência destilada está sendo virado.

Também pode ser responsável pelo dom dourado freqüentemente atribuído a sono noturno: inspiração. Segundo relatos de algumas pessoas, o sono noturno mudou seu mundo. Foi supostamente durante o sono que a tabela periódica de elementos do cientista russo Dmitri Mendeleev se encaixou no lugar. Friedrich August Kekule, um químico do século 19, disse que solucionou a estrutura química do anel de benzeno -uma descoberta importante- quando sonhou com uma cobra mordendo o próprio rabo. Atletas, como o golfista Jack Nicklaus, também já falaram sobre inspiração vinda durante o sono.

Pequenas correções na técnica são reveladas; armadilhas são evitadas; montanhas se movem.

"Faz sentido tais entendimentos ocorrerem durante o REM", disse Walker. "Quero dizer, que melhor momento para repassar todos estes diferentes cenários, soluções e idéias do que nos sonhos, onde não há conseqüências?"

O problema, ele e outros disseram, é como estudá-lo. Isto, concorda a maioria dos neurocientistas, exigirá um bocado de pensamento criativo -tanto diurno quanto noturno. George El Khouri Andolfato

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