As ondas lentas do sono profundo
Technische Universitaet Muenchen
O ritmo fascinante das ondas lentas do cérebro
Cientistas sondam a fonte de um sinal pulsante em um cérebro adormecido
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  IMAGEM: Gerada por uma simulação em computador, esta imagem mostra como um breve pulso de luz dirigido sobre um pequeno grupo de neurônios se propaga por todo o córtex. A experiência é realizada com cérebros vivos de camundongos anestesiados Clique aqui para mais informações. |
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Novas descobertas esclarecem como e onde as “ondas lentas” do cérebro se originam. Acredita-se que esses pulsos rítmicos de sinais que se espalham pelo cérebro durante o sono em uma taxa de um ciclo por segundo, exerçam um papel em processos tais como a consolidação das memórias. Pela primeira vez, pesquisadores demonstraram de maneira conclusiva que essas ondas lentas começam no córtex cerebral, a parte do cérebro responsável pelas funções cognitivas. E eles também descobriram que essas ondas podem ser emitidas a partir de um pequeno aglomerado de neurônios.
“O cérebro é uma máquina com ritmos que produz todos os tipos de ritmos o tempo todo”, explica o Prof. Arthur Konnerth da Technische Universitaet Muenchen (TUM). “São como relógios que ajudam a manter várias partes do cérebro em sintonia”. Um desses cronômetros produz o que se chama de ondas lentas do sono profundo, as quais se acredita estejam envolvidas na transformação dos fragmentos da experiência e aprendizado diários em memórias permanentes. Elas podem ser observados nos primeiros estágios do desenvolvimento [do cérebro] e podem ser corrompidas por doenças tais como o Mal de Alzheimer.
Estudos anteriores, feitos principalmente com base em medições elétricas, não eram capazes de proporcionar uma resolução espacial que permitisse mapear o início e a propagação das ondas lentas de maneira precisa. Mas, com o uso da luz, a equipe de Konnerth com base em Munique e em colaboração com pesquisadores em Stanford e na Universidade de Mainz , foi capaz de tanto estimular a emissão das ondas lentas, como de observá-las em detalhes sem precedentes. Um dos principais resultados foi a confirmação de que as ondas lentas têm sua origem apenas no córtex cerebral, o que descarta diversas outras hipóteses há muito discutidas. “A segunda descoberta mais importante”, diz Konnerth, “foi que, dos bilhões de células no cérebro, não é necessário mais do que um aglomerado local de neurônios – de 50 a 100 deles – em uma camada profunda do córtex, chamada camada 5, para criar uma onda que se espalha por todo o cérebro”.
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 IMAGE: A nova técnica da optogenética permite que os pesquisadores insiram canais sensíveis à luz em neurônios específicos (representados em verde). Por meio de fibras ópticas tanto é possível emitir estímulos luminosos, como mapear espacialmente as respostas dos neurônios. Clique aqui para mais informações. |
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Novas luzes sobre um mecanismo neural fundamental
A despeito do considerável número de investigações acerca das ondas lentas cerebrais, as respostas definitivas acerca dos circuitos cerebrais subjacentes continuavam elusivas. Onde ficava o marca-passo deste ritmo? Onde as ondas começam e onde elas param? Este estudo – com base na sondagem óptica de cérebros intactos de camundongos anestesiados – fornece finalmente as bases para uma visão detalhada e compreensiva.
“Nós implementamos uma abordagem optogenética combinada com a detecção óptica da atividade neuronal para explorar as características causadoras dessas oscilações lentas, ou seja: dessa atividade liga-desliga, que representam o ritmo predominante na rede [de neurônios] durante o sono”, explica o Prof. Albrecht Stroh da Universidade Johannes Gutenberg em Mainz. Optogenética é uma técnica nova que permitiu aos pesquisadores inserir canais sensíveis à luz em tipos específicos de neurônios, tornando-os suscetíveis a estímulos luminosos. Isto permitiu o estímulo seletivo e definido em termos espaciais de pequenos números de neurônios corticais e talâmicos.
O acesso ao cérebro por meio de fibras ópticas permitiu tanto o registro microscópico, quanto o estímulo direto dos neurônios. Flashes de luz perto dos olhos dos camundongos também foram usados para estimular os neurônios do córtex visual. Por meio do acompanhamento do fluxo dos íons de cálcio – um sinal químico que permite uma leitura espacial mais precisa da atividade elétrica – os pesquisadores tornaram as ondas lentas visíveis. E eles também correlacionaram as leituras ópticas com medições elétricas mais convencionais. Como resultado, foi possível observar as frentes de onda individuais se propagarem – como as ondulações causadas por uma pedra atirada em um lago tranquilo – primeiro através do córtex e, daí, através de outras estruturas cerebrais.
Um novo quadro começou a emergir: Não só é possível que um pequeno aglomerado local de neurônios inicie uma onda lenta que irá se propagar até longe, recrutando várias regiões do cérebro a participar de um único evento, como isto parece ser um evento típico. “Em condições espontâneas”, afirma Konnerth, “à medida em que isto acontece comigo e você e todos os demais, todas as noites durante o sono profundo, cada parte do córtex pode ser o local de início”. Além disto, um protocolo de comunicação surpreendentemente simples pode ser visto no ritmo das ondas lentas. Durante cada ciclo de um segundo, um único aglomerado de neurônios envia seu sinal e todos os outros ficam silenciosos, como se estivessem funcionando em turnos para banhar o cérebro com fragmentos de experiências, ou de aprendizado, unidades de construção da memória. Os pesquisadores veem suas descobertas como um passo na direção de uma melhor compreensão do aprendizado e da formação de memórias, um tópico investigado pelo grupo de Konnerth com o financiamento do Conselho Europeu de Pesquisas. Ao par disto, eles também estão investigando como as ondas lentas se comportam no caso de doenças [cerebrais].
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 IMAGEM: Estas medições foram feitas com o registro óptico do fluxo de íons de cálcio em neurônios modificados pela optogenética. A sequência de quatro pulsos alternados – os gerados pelo estímulo visual do córtex marcados pelo “sol” e os gerados por fibra óptica, marcados “OG”, evidencia que o estímulo artificialmente lançado sobre um pequeno grupo de neurônios causa uma resposta similar a um estímulo externo sobre todo o córtex visual. Clique aqui para mais informações. |
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A pesquisa foi financiada pela Fundação Alemã de Pesquisas (DFG), o Instituto de Estudos Avançados da TUM e o Núcleo de Excelência SyNergy (Núcleo de Munique para Neurologia de Sistemas), a Fundação Friedrich Schiedel Foundation e a Comissão Européia (Projeto Corticonic).
Publicação:
Making Waves: Initiation and Propagation of Corticothalamic Ca2+ Waves In Vivo. Albrecht Stroh, Helmuth Adelsberger, Alexander Groh, Charlotta Ruehlmann, Sebastian Fischer, Anja Schierloh, Karl Deisseroth e Arthur Konnerth.
Neuron 77, 1136-1150, March 20, 2013,
A necessidade é a mãe da invenção — para pássaros, também
Gralhas-calvas demonstram que sabem usar ferramentas de modo inteligente e criativo
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Os pesquisadores da Universidade de Cambridge e da Queen Mary, Universidade de Londres, descobriram que as gralhas-calvas, um membro da família dos corvos, são capazes de usar e fabricar ferramentas, modificá-las para fazê-las funcionar e usar duas ferramentas em sequência. Os resultados serão publicados online nesta semana pela Proceedings of the National
Academy of Sciences.
“Esta descoberta é notável porque as gralhas-calvas não parecem fazer uso de ferramentas quando livres, mas elas rivalizam com chimpanzés e corvos da Nova Caledônia – conhecidos utilizadores de ferramentas – quando em cativeiro”, disse Chris Bird, o principal autor do estudo.
Em uma série de exeriências, as gralhas-calvas rapidamente aprenderam a largar uma pedra para derrubar uma plataforma e obter comida, e, subsequentemente, mostraram a capacidade de escolher o tamanho e o formato certos para a pedra, sem qualquer treinamento.
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Não só elas usaram pedras para resolver a tarefa, como se mostraram flexíveis em sua escolha de ferramentas, usando e modificando varetas para chegar ao mesmo objetivo. Quando a ferramenta adequada estava fora do alcance, elas usavam outra ferramenta para alcançá-la, demonstrando a capacidade de empregar sequencialmente as ferramentas. Em outros testes, as gralhas-calvas foram capazes de usar um gancho para “pescar” comida de um tubo diferente e até de, criativamente, entortar um pedaço de arame para fazer o gancho para alcançar a comida.
“Nós sugerimos que este é o primeiro indício sem ambiguidade de raciocínio animal, porque as gralhas-calvas fizeram um gancho na primeira tentativa e nós sabemos que elas não tinham qualquer experiência anterior em fabricar ferramentas a partir de arames, porque todos os pássaros foram criados em condições controladas”, declarou o Dr Nathan Emery, da Universidade Queen Mary de Londres, em cujo laboratório foram realizadas as experiências.
Essas descobertas sugerem que a habilidade das gralhas-calvas em usar ferramentas e em visualizar os formatos e propriedades adequados das mesmas, pode ser um sub-produto de uma forma sofisticada de inteligência física, ao invés de o uso de ferramentas evoluir como uma especialização adaptativa, como foi proposto a respeito do uso de ferramentas pelo corvo da Nova Caledônia.
O presente trabalho foi realizado na Universidade de Cambridge por Christopher Bird, um estudante de PhD, e seu supervisor,
Dr. Nathan Emery da Universidade Queen de Londres e foi financiado pela Royal Society, pelo Conselho de Pesquisas de Biotecnologia e Ciências Biológicas (BBSRC) e a Universidade de Cambridge.
Como ter um cérebro “sarado”
Estudo mostra que a meditação pode aumentar a matéria cinzenta
Por Mark Wheeler | 12/5/2009
Flexões, abdominais, academias, personal trainers — as pessoas têm muitas estrategias para criar músculos maiores e ossos mais fortes. Mas será que existe um exercício para aumentar o cérebro?
Meditação.
Isso foi o que descobriu um grupo de pesquisadores da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA) que usaram ressonância magnética de alta definição para escanear os cérebros de pessoas que praticam meditação. Em um estudo publicado na revista NeuroImage – disponível online para assinantes – os pesquisadores relatam que certas regiões dos cérebros de praticantes de longa data de meditação são maiores do que as mesmas regiões em pessoas de um grupo de controle.
Especificamente, os praticantes de meditação exibiram volumes significativamente maiores no hipocampo e áreas dentro do cortex orbito-frontal, do tálamo e o giro temporal inferior — todas regiões conhecidas por participarem do controle das emoções.
A principal autora do artigo e pesquisadora associada no Laboratório de Neuro-imagem da UCLA, diz: “Nós sabemos que pessoas que praticam regularmente a meditação, têm uma capacidade singular em cultivar emoções positivas, manter a estabilidade emocional e agir de maneira consciente. As diferenças observadas na anatomia dos cérebros pode nos dar uma pista sobre o motivo dos praticantes de meditação terem essas capacidades excepcionais”.
Pesquisas anteriores já tinham confirmado os aspectos benéficos da meditação. Além de serem mais focalizados e manterem um melhor controle de suas emoções, muitas pessoas que meditam regularmente têm níveis de estresse menores e sistemas imunológicos mais resistentes. Mas sobre a ligação entre a meditação e a estrutura do cérebro, se sabia muito menos.
No presente estudo, Luders e seus colegas examinaram 44 pessoas — 22
pessoas que não praticam meditação, em um grupo de controle e 22 que praticavam várias formas de meditação, inclusive Zazen, Samatha e Vipassana, entre outras. Os praticantes o fizeram por um perído que variava de 5 a 46 anos, com uma média de 24 anos.
Mais de metade dos praticantes de meditação disseram que a concentração profunda era uma parte essencial de sua prática, e a maioria meditava de 10 a 90 minutos todo dia.
Os pesquisadores usaram um tipo de ressonância magnética tridimensional e de alta definição, e dois tipos de abordagem diferentes para medir as diferenças nas estruturas dos cérebros. Uma abordagem era dividir automaticamente o cérebro em várias regiões de interesse, permitindo aos pesquisadores comparar o tamanho de certas estruturas cerebrais. A outra dividia o cérebro em tipos de tecidos diferentes, permitindo aos pesquisadores comparar as quantidades de massa cinzenta dentro de regiões específicas do cérebro.
Os pesquisadores encontraram medidas cerebrais significativamente maiores entre os praticantes de meditação, em comparação às do grupo de controle, inclusive maiores volumes do hipocampo direito e mais matéria cinzenta no cortex orbito-frontal, no tálamo direito e no lobo temporal inferior. As pessoas no grupo de controle não apresentaram em local algum volumes de matéria cinzenta maiores do que dos praticantes de meditação.
Uma vez que essas áreas do cérebro são intimamente ligadas às emoções, Luders diz: “essas odem ser as entreligações entre neurônios que dão aos praticantes de meditação sua excepcional capacidade de regular as emoções que lhes permite apresentar respostas bem ajustadas para seja o que for que a vida jogar em seu caminho”.
Segundo ela, o que não se sabe e precisará de novos estudos é quais são as correlações específicas no nível microscópico — ou seja, se há um número maior de neurônios, se os neurônios ficam maiores, ou se se trata de um padrão particular de “cabeamento” que os praticantes de meditação podem desenvolver e as outras pessoas, não.
Uma vez que este não foi um estudo longitudinal — que teria rastreado os praticantes de meditação desde o tempo em que começaram a praticar — é possível que os praticantes de meditação já tivessem mais matéria cinzenta nessas regiões específicas; isso poderia ser o que os atraiu para a meditação, sugere Luders.
Entretanto, ela também observou que vários estudos anteriores apontaram a notável plasticidade do cérebro e como o enriquecimento do ambiente pode causar mudanças na estrutura cerebral.
Os demais autores do estudo são Arthur Toga, diretor do Laboratório de Neuro-imagem da UCLA; Natasha Lepore da UCLA; e Christian Gaser da Universidade de Jena na Alemanha.
Música, Maestro!
US Department of Homeland Security – Science and Technology
Música cerebral
Pondo as trilhas sonoras do cérebro para funcionar
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Todo cérebro tem uma trilha sonora. Seu andamento e tom podem variar,
dependendo do ânimo, do estado de espírito e outras variáveis do próprio cérebro. Quando essa trilha sonora é gravada e reproduzida – para um operador de central de emergências, ou um bombeiro – ela pode aguçar seus reflexos durante uma situação de crise e acalmar seus nervos, depois.
Durante a última década, a influência da música no desenvolvimento cognitivo, no aprendizado e bem estar emocional emergiu como um campo “quente” de estudos científicos. Para explorar a potencial relevância da música para respostas a situações de emergência, o Diretório de Ciência & Tecnologia (S&T) do Departamento de Segurança Nacional começou um estudo sobre uma forma de neuro-treinamento chamado de “Música Cerebral” que usa música criada anteriormente a partir das ondas cerebrais do próprio ouvinte, para ajudá-lo a lidar com dificuldades comuns, tais como insônia, fadiga e dores de cabeça resultantes de ambientes estressantes. O conceito de Música Cerebral é usar a frequência, a amplitude e a duração de sons musicais para levar o cérebro de um estado de ansiosidade para outro de maior relaxamento..
O Gerente de Programa do S&T, Robert Burns, disse: “A tensão vem junto com um trabalho em respostas a emergências, de forma que estamos interessados em descobrir maneiras de tornar mais fácil para esses trabalhadores permanecerem no máximo de suas capacidades quando estiverem no serviço, e conseguirem um repouso de qualidade quando sairem de seus turnos. Nossa meta é descobrir novas maneiras de auxiliar os encarregados das primeiras respostas a terem o melhor desempenho possível, sem aumentar suas tarefas, treinamento ou níveis de estresse”.
Se o cérebro “compõe” a música, a primeira tarefa dos cientistas é escrever as notas e é exatamente isso que a Human Bionics LLC de Purcellville,
Virgínia, faz. Cada gravação é convertida em duas composições musicais únicas, projetadas para disparar as respostas naturais do corpo; por exemplo, aumentando a produtividade no trabalho, ou auxiliando o ajuste a uma escala de serviço cujo horário varia frequentemente.
Testes clínicos demonstraram que essas composições são capazes de provocar, em cada indivíduo, um dos dois seguintes estados mentais: relaxamento, para um estresse reduzido e um reposo melhor; e alerta, para uma melhor concentração e tomada de decisões. Cada trilha, com duração de 2 a 6 minutos, é uma música tocada em um só instrumento – usualmente um piano. A trilha de relaxamento, diz Burns, soa como “uma sonata tranquila e melódica de Chopin”, enquanto que a trilha de alerta pode ser parecer “mais com uma obra de Mozart”. (Parece que há um gênio — talvez dois gênios — da música erudita em cada um. Um exemplo de uma trilha sonora de alerta pode ser ouvida em www.dhs.gov/xlibrary/multimedia/snapshots/st_brain_music_active.mp3 )
Depois de ter suas ondas cerebrais transformadas em música, cada pessoa recebe uma lista de reprodução específica, personalizada a seu ambiente de trabalho e necessidades. Se empregada de maneira correta, a música pode aumentar os níveis de produtividade e energia, ou acionar as respostas naturais do corpo contra o estresse.
A música criada pela Human Bionics LLC está sendo testada como parte do Programa de Otimização da Prontificação (Readiness Optimization Program = ROP) da S&T, um programa de bem estar que combina a educação da nutrição com o neurotreinamento, para avaliar uma população de encarregados de respostas iniciais que inclui agentes federais, policiais e bombeiros. Um grupo selecionado de bombeiros locais será a primeira equipe de encarregados de respostas a emergências a fazer parte do projeto.
O componente “Música Cerebral” do ROP deriva de tecnologia patenteada, desenvolvida pela Universidade de Moscou, para emprego de ondas cerebrais como mecanismo de feedback para a correção de condições fisiológicas.
Como dizia Cervantes: “Quem canta, seus males espanta”.
Nota do tradutor: quem já leu a trilogia “Fundação” de Isaac Asimov, deve se lembrar da trama que leva o mutante “Mula” a dominar toda a Fundação — exatamente o domínio das emoções mediante o emprego de música. Asimov tem outra estória curta sobre o mesmo tema (me esqueci o título), onde “descobrem” que a música de “When the Saints Go Marchin’ In” tem o “poder” de acalmar e tirar da depressão um paciente.
Agora, que tem algo de muito sinistro nos fatos de, primeiro, ser uma tecnologia desenvolvida na Universidade de Moscou (leia-se: KGB) e adotada pelo Departamento de Segurança Nacional dos EUA, tem…
