As Ondas Delta do Sono REM Humano e a Distinção de Esmagamento entre o sono NREM e REM

O sono é universal, irresistível e heterogêneo. Nos mamíferos, o sono é tradicionalmente dividido em fases 1-4 de movimento ocular não-rápido (NREM) e 1-4 de movimento ocular rápido (REM), cada uma com padrões definidos de atividade cerebral. Especificamente, ondas delta lentas e síncronas, fusos e desvios negativos isolados definem o sono NREM, enquanto que a atividade tônica, rápida e não sincronizada caracteriza o sono REM. Os padrões de atividade neuronal bi-estável com estados “on” despolarizados e “off-” hiperpolarizados dão origem a ondas delta e são pensados para permitir que o sono NREM funcione na consolidação da memória (Battaglia et al., 2004) e homeostase sináptica (Tononi e Cirelli, 2014). Em contraste, os padrões de atividade durante o sono REM são pensados para tornar este estágio mais adequado para a estabilização da memória (Li et al., 2017) e integração (Sterpenich et al., 2014).

Evidências recentes sugerem que o comportamento não é tão facilmente separável em estados de todo o cérebro, com programas emblemáticos de atividade neural e funções, como se acreditava anteriormente. Ao invés disso, ciclos ultradianos de sincronização neuronal e neuromodulação podem ter influências gerais, de todo o cérebro, durante as quais a atividade cerebral local é heterogênea e pode se desviar do padrão global. Por exemplo, a ativação local durante o sono NREM (Nobili et al., 2011) e a atividade de ondas lentas (doravante atividades delta-range) no cérebro acordado (Vyazovskiy et al., 2011; Quercia et al., 2018), bem como nos corticais primários do rato durante o sono REM (Funk et al., 2016), foi documentada; para uma revisão detalhada desses tópicos, veja Siclari e Tononi (2017). Assim, embora seja conveniente dividir o sono humano em um pequeno número de estágios facilmente discerníveis, a realidade pode ser muito mais complexa. De facto, várias questões precisam de ser abordadas. Os humanos, como os ratos, têm ondas delta locais durante o sono REM? Se sim, estas ondas são compostas da mesma forma que as observadas durante o sono NREM? As ondas delta servem as mesmas ou diferentes funções através dos estados de excitação? E a distinção entre o sono NREM e o REM está embaçada? Muitas dessas perguntas são respondidas por descobertas recentes de Bernardi et al. (2019), publicadas no Journal of Neuroscience.

Usando eletroencefalografia de alta densidade, Bernardi et al. (2019) procuraram determinar se os humanos têm ondas delta regionais durante o sono REM, semelhantes às recentemente mostradas em ratos (Funk et al., 2016). Na verdade, eles distinguiram dois grupos de ondas delta que ocorrem durante o sono REM: ondas mais lentas (<2 Hz), registradas em regiões medial-occipitais, presentes tanto no sono NREM quanto no REM, e mais rápidas (2,5-3 Hz), ondas “dente de serra” fronto-central/occipito-temporal, exclusivas do sono REM. Destas, as ondas delta medial-occipitais eram frequentemente isoladas, de baixa amplitude e localizadas aos cortices visuais primários, quando observadas no sono REM. As ondas dente de serra apareceram em rajadas, eram de alta amplitude, e ocorreram ao lado de aumentos no REM. Ao contrário das ondas do sono NREM, que estavam ligadas à diminuição da atividade neuronal, as ondas dente de serra estavam positivamente correlacionadas com a atividade gama de alta freqüência e, portanto, foram consideradas como “ativando” corticamente.

A observação de um ritmo tradicionalmente visto como um componente do sono NREM em regiões específicas do cérebro durante o sono REM baseia-se em evidências que indicam que o sono pode operar de forma local, ao contrário de uniforme, em todo o cérebro (Siclari e Tononi, 2017). Esse sono local é presumivelmente acompanhado ou orientado por influências e actividades quase globais, específicas do estado. Ou seja, talvez o sono NREM, já considerado como a maior parte do período total do sono, não se desliga completamente durante toda a noite, apesar de ter algumas das suas qualidades periodicamente e regionalmente interrompidas pelo sono REM. Alternativamente, as atividades tradicionalmente consideradas como definidoras do sono NREM, como as ondas delta, podem não ser específicas do estágio, mas sim operar localmente durante o sono REM, esbatendo assim a distinção entre esses estágios. Independentemente disso, é claro que os estados de excitação não devem ser distinguidos apenas pela detecção do que tradicionalmente se pensa ser padrões de atividade discretos por estágios. Em vez disso, a potência espectral líquida no eletroencefalograma e medidas fisiológicas periféricas, tais como movimento ocular ou alterações no tônus muscular, são as métricas que devem ser usadas na definição e discernimento do sono NREM e REM.

A detecção de ondas delta NREM semelhantes ao sono, medial-occipital durante o sono REM, juntamente com a ativação, estouros delta de dente de serra, complementa a pesquisa indicando que as formas de onda operando dentro de uma banda espectral definida não estão limitadas a um único estado de excitação (Siclari e Tononi, 2017) e não são totalmente homogêneas em estrutura e função (Siclari et al, 2014). Quando ocorre no sono REM, a atividade do delta medial-occipital e dente de serra pode estar realizando funções similares às do delta do sono NREM, realizando uma função desconhecida específica do sono REM, ou operando de forma mais geral na preservação do sono.

Durante o sono NREM, a atividade cerebral na faixa do delta está implicada na consolidação da memória dos sistemas (Maingret et al., 2016), homeostase sináptica (Tononi e Cirelli, 2014), e desconexão sensorial (Funk et al., 2016). As ondas delta medial-occipital observadas por Bernardi et al. (2019) podem servir funções comparáveis no sono REM. Embora a ativação neural tônica durante o sono REM fortaleça as sinapses (Li et al., 2017) e possa formar associações (Lewis et al., 2018), o tônus colinérgico elevado perturba o diálogo hipocampal-neocortical e provavelmente proíbe as ondas delta neste estado de servir a uma função de consolidação de sistemas (Gais e Born, 2004). Além disso, acredita-se que as atividades delta-range no sono NREM facilitem a transferência de informações de memória em nível de sistema de áreas subcorticais para loci cortical, através do bloqueio de fase despolarizante dos estados superiores para ondulações hipocampais e fusos talamocorticais (Maingret et al., 2016). O relativo confinamento de ondulações associadas à reativação da memória e fusos portadores de ondulações ao sono NREM reforça a noção de que as ondas delta observadas no sono REM não estão servindo a uma função de consolidação de sistemas. Mesmo que ocorresse um diálogo inter-regional, as atividades delta-range em cortices primários (Funk et al., 2016; Bernardi et al., 2019) podem impedir a propagação do sinal (Massimini et al., 2005) e impedir a consolidação integrativa das conexões com regiões a jusante dos cortices primários, onde as memórias normalmente residem (Binder et al., 2009).

Informação é codificada durante o despertar pelo fortalecimento das sinapses. Sinapses reforçadas têm maior probabilidade de se tornarem ativadas e se fortalecerem ainda mais, tornando essas conexões vulneráveis à saturação. Durante o sono NREM, pensa-se que a actividade no espectro delta provoca uma renormalização adaptativa das sinapses reforçadas (Tononi e Cirelli, 2014). Entretanto, a restrição dos picos de atividade em delta durante o sono REM para regiões corticais de ordem inferior (Bernardi et al., 2019) não tipicamente associadas ao armazenamento de memória torna improvável que a homeostase sináptica seja a principal função das ondas delta neste estado. Assim, a consolidação da memória dos sistemas e a renormalização da sinapse provavelmente serão funções menos proeminentes das ondas delta no sono REM em comparação com aquelas observadas no sono NREM.

Durante o sono NREM, pensa-se que a inibição dos relés tálamo-corticais e das ondas delta fora dos estados desconecta o cérebro do mundo exterior (Lewis et al., 2015; Siclari et al., 2018). Funk et al. (2016) sugeriram que a atividade na faixa delta observada nos cortices sensoriais primários, mas não secundários, durante o sono REM funciona para garantir que essa desconexão persista no sono REM. As ondas delta não-ativadoras presentes tanto nos cortices visuais primários humanos quanto nos roedores durante o sono REM podem impedir que os estímulos visuais e a ativação de formas de onda evocem excitação excessiva e transições de estado comportamental. Tais formas de onda ativadoras podem incluir ondas dente de serra (Bernardi et al., 2019) e ondas ponto-geniculo-occipitais (PGO) (Stuart e Conduit, 2009), que são discutidas abaixo. Desta forma, ondas delta medial-occipitais podem assegurar que as memórias sendo reativadas, fortalecidas, enfraquecidas ou integradas durante o sono REM não sejam tendenciosas ou contaminadas pelo ambiente externo, como ocorreria se fossem freqüentes microarousas ou despertares.

Experiências vivas, imersivas e fenomenológicas são uma marca registrada do sono REM em humanos. A riqueza dos sonhos depende em parte da ativação tônica cortical, o que é evidenciado pela observação de que os estados fora do sono NREM diminuem a experiência consciente recorrente (Siclari et al., 2018) e causam a brevidade do sonho. Como então, as imagens dos sonhos são tão vivas durante o sono REM se as ondas delta estão presentes nos cortices visuais primários? Os sonhos são frequentemente localizados em áreas multimodais de ordem mais alta do córtex e ocorrem concomitantemente com a energia delta baixa nessas regiões (Siclari et al., 2017), embora áreas visuais de ordem mais baixa também tenham sido implicadas. As ondas PGO ativadoras observadas em espécies não humanas são um substrato cerebral proposto de imagens de sonho (Stuart e Conduit, 2009). As rajadas do delta do dente de serra descritas por Bernardi et al. (2019) assemelham-se, e talvez sejam um correlato humano das ondas PGO. Portanto, essas ondas delta podem estar diretamente ligadas a um dos atributos mais definidores do sono REM humano, os sonhos.

Ao demonstrar a atividade delta local durante o sono REM em humanos, Bernardi et al. (2019) forneceram novas evidências contra a noção de estágios de sono globalmente homogêneos, com atividades em estágios-discretos. Esses achados contribuem para um corpo crescente de literatura indicando que o sono é em grande parte local e que atividades relevantes, tais como ondas delta, muitas vezes não são tão monolíticas em estrutura e função ou tão específicas de um único estado cerebral como se acreditava outrora. Essas descobertas marcam um momento emocionante para a ciência do sono e prelúdio de pesquisas futuras, perguntando mais sobre as distinções e sobreposições entre sono NREM e sono REM, bem como sobre o papel das ondas delta do sono REM.