Imagens de alta resolução de pesquisa do sono mostram como o cérebro se restabelece durante o sono.
Esta imagem mostra reconstruções 3-D de imagens de microscópio eletrônico de dendrites de ramificação de árvore. Ao estudar milhares de imagens como essas, os pesquisadores de Wisconsin mostraram que as sinapses diminuem após o rato dormir e crescem novamente durante o próximo período de vigília.
Fonte: Wisconsin Center for Sleep and ConsciousnessClose
Imagens impressionantes do microscópio eletrônico de dentro do cérebro de ratos sugerem o que acontece no nosso próprio cérebro todos os dias: Nossas sinapses - as junções entre as células nervosas - crescem forte e grande durante a estimulação do dia, em seguida, encolher em cerca de 20 por cento enquanto dormimos , Criando espaço para mais crescimento e aprendizado no dia seguinte.
O projeto de pesquisa de quatro anos publicado hoje na Science oferece uma prova visual direta da "hipótese da homeostase sináptica" (SHY) proposta pelos Drs. Chiara Cirelli e Giulio Tononi, do Centro Wisconsin para o Sono e a Consciência.
Esta hipótese sustenta que o sono é o preço que pagamos pelos cérebros que são plásticos e capazes de continuar aprendendo coisas novas.
Quando uma sinapse é repetidamente ativado durante a vigília, ela cresce em força, e esse crescimento é acreditado para ser importante para a aprendizagem e memória. Contudo, de acordo com a SHY, este crescimento necessita de ser equilibrado para evitar a saturação das sinapses ea obliteração da sinalização neural e das memórias. Acredita-se que o sono seja o melhor momento para este processo de renormalização, uma vez que quando estamos dormindo prestamos muito menos atenção ao mundo externo e estamos livres do "aqui e agora".
Quando as sinapses ficam mais fortes e mais eficazes, elas também se tornam maiores e, inversamente, encolhem quando enfraquecem. Assim, Cirelli e Tononi raciocinaram que um teste direto de SHY era determinar se o tamanho das sinapses varia entre o sono e o acordar. Para isso, eles usaram um método com resolução espacial extremamente alta chamada microscopia eletrônica de 3-D de varredura serial.
A pesquisa em si foi um empreendimento maciço, com muitos especialistas de pesquisa trabalhando por quatro anos para fotografar, reconstruir e analisar duas áreas do córtex cerebral no cérebro do rato. Eles foram capazes de reconstruir 6.920 sinapses e medir o seu tamanho.
A equipe deliberadamente não sabia se eles estavam analisando as células cerebrais de um rato bem descansado ou que estava acordado. Quando finalmente "quebraram o código" e correlacionaram as medidas com a quantidade de sono que os ratos tiveram durante as seis a oito horas antes da tomada da imagem, descobriram que algumas horas de sono levaram em média a uma diminuição de 18% Tamanho das sinapses. Estas alterações ocorreram em ambas as áreas do córtex cerebral e foram proporcionais ao tamanho das sinapses.
A escala ocorreu em cerca de 80% das sinapses, mas poupou as maiores, que podem estar associadas com os traços de memória mais estáveis.
"Isso mostra, em termos ultra-estruturais inequívocos, que o equilíbrio do tamanho e força sináptica é perturbado pelo despertar e restaurado pelo sono", diz Cirelli. "É notável que a grande maioria das sinapses no córtex sofrer uma mudança tão grande em tamanho em apenas algumas horas de vigília e sono.
Tononi acrescenta: "Extrapolando de ratos para seres humanos, nossas descobertas significam que a cada noite, trilhões de sinapses em nosso córtex poderiam ficar mais magros em quase 20%".
O estudo foi publicado hoje na Science juntamente com a pesquisa do laboratório do Dr. Richard Huganir na Universidade Johns Hopkins, em Baltimore. Este estudo, utilizando métodos bioquímicos e moleculares, confirma a previsão de SHY de que as sinapses passam por um processo de redução de escala durante o sono e identifica genes importantes para este processo.
Referência Bibliográfica:
Luisa De Vivo, Michele Bellesi, William Marshall, Eric A. Bushong, Mark H. Ellisman, Giulio Tononi, Chiara Cirelli. Ultrastructural evidence for synaptic scaling across the wake/sleep cycle. Science, 2017 DOI: 10.1126/science.aah5982
