Cérebro altera quais redes neurais trabalham ao longo do dia e da noite

A atividade cerebral varia ao longo do dia, com o sono representando um momento crucial no processo.
[Imagem: Guanhua Sun et al. - 10.1371/journal.pbio.3003472]

Cérebro se reorganizando

Cientistas queriam compreender de forma objetiva a fadiga, um fenômeno que hoje só conseguimos avaliar subjetivamente, o que impede comparar o fenômeno em diferentes pessoas.

O problema é que ainda não se inventou uma métrica para medir a fadiga. Hoje, os cientistas e médicos dependem de relatos subjetivos de cansaço, o que é insuficiente tanto para as pesquisas científicas quanto para garantir a segurança em profissões de alto risco, como pilotos, cirurgiões, motoristas, controladores de voo etc.

Guanhua Sun e seus colegas de uma equipe internacional partiram então para tentar descobrir se existem "assinaturas" cerebrais objetivas da fadiga que possam ser utilizadas como ferramentas objetivas de avaliação do cansaço e da prontidão para a ação.

Mas o resultado foi muito mais amplo. Usando modelos animais para desenvolver um protocolo experimental e uma análise computacional, os cientistas conseguiram rastrear quais os neurônios e quais as redes neuronais ficam ativas em diferentes momentos.

Em outras palavras, eles criaram um novo método que mapeia, com resolução celular, quais regiões do cérebro estiveram ativas ao longo de um dia inteiro.

Métrica da fadiga

Os resultados revelaram um padrão dinâmico e global de reorganização cerebral ao longo do ciclo de vigília-sono. À medida que os camundongos, que são animais noturnos, acordavam e permaneciam acordados, os centros de atividade cerebral migravam progressivamente das camadas mais internas, ou subcorticais, para o córtex, na superfície.

O que se descobriu é que o cérebro não se limita a ficar mais ou menos ativo durante o ciclo dia/noite, ele reorganiza ativamente quais redes neuronais que estão "no comando" em cada momento, como o serviço de trânsito de uma cidade faz para redirecionar o tráfego em diferentes horas do dia, para evitar congestionamentos e diminuir os tempos de viagem.

E o processo de rearranjo dos circuitos neurais passa por um reset durante o sono, indicando um papel crucial do descanso na reconfiguração dos circuitos cerebrais.

Sua motivação depende de como seu cérebro processa a fadiga.
[Imagem: Tanja Müller et al. - 10.1038/s41467-021-24927-7]

Uso em humanos

A descoberta foi possível graças a uma colaboração internacional: Equipes no Japão e na Suíça desenvolveram uma técnica experimental avançada que combina microscopia de folha de luz com um marcador genético que faz com que os neurônios ativos brilhem. Isto permitiu obter imagens 3D de cérebros de camundongos, mostrando a atividade neuronal em todo o órgão. Paralelamente, uma equipe da Universidade de Michigan (EUA) criou os modelos matemáticos e computacionais para interpretar esta massa de dados.

Embora os resultados não sejam diretamente traduzidos para os seres humanos - as técnicas usadas dificilmente poderiam ser aplicadas em humanos - as potenciais aplicações desta descoberta são significativas porque os modelos computacionais desenvolvidos são generalizáveis e a compreensão dos princípios de organização cerebral é um passo fundamental para futuras traduções clínicas.

A principal aplicação, claro, está no desenvolvimento de biomarcadores objetivos da fadiga, que poderão ser usados para avaliar a prontidão de profissionais em situações críticas. Além disso, a metodologia abre as portas para pesquisas sobre os efeitos de fármacos no cérebro de forma abrangente e para explorar ligações entre estes padrões de atividade e a saúde mental.