Cientistas descobrem misteriosas ondas cerebrais “solitárias” ligadas à perda de memória

A lembrança de experiências pessoais como essas depende da memória episódica, que nos permite relembrar acontecimentos de nossas vidas. Essas memórias ajudam a formar a base da memória de longo prazo, quer envolvam um marco da infância, como o primeiro dia do ensino fundamental, ou algo que aconteceu poucos minutos antes, como estacionar o carro.

Essa capacidade tende a enfraquecer à medida que envelhecemos. As imagens, sons e outros detalhes associados a experiências passadas podem tornar-se cada vez mais difíceis de recuperar. Os cientistas ainda não entendem completamente por que isso acontece. Embora algum declínio de memória seja uma parte comum do envelhecimento, as alterações podem tornar-se muito mais graves em pessoas que desenvolvem a doença de Alzheimer.

Um novo estudo realizado por pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Berkeley, oferece pistas importantes sobre o que pode estar acontecendo no cérebro envelhecido. O neurocientista Omer Sharon e seus colegas, trabalhando sob a direção do ex-pesquisador do sono de Berkeley, Matthew Walker, descobriram uma conexão entre as ondas cerebrais interrompidas durante o sono profundo, o declínio do desempenho da memória e o acúmulo de tau, uma proteína associada à doença de Alzheimer.

As descobertas sugerem que o acúmulo de tau no córtex frontal do cérebro está ligado a mudanças na atividade elétrica coordenada que ajuda a preservar as memórias durante a noite.

“Esta é a primeira vez que mostramos esta relação entre a tau e como ela interfere na consolidação da memória ao atenuar as ondas lentas que se originam no córtex frontal”, disse Sharon, pesquisadora de pós-doutorado no Centro de Ciência do Sono Humano da UC Berkeley.

A pesquisa foi publicada em Neurociência da Natureza.

Como o sono profundo ajuda o cérebro a armazenar memórias

O sono envolve vários estágios distintos, cada um associado a diferentes padrões de atividade cerebral. O sono com movimento rápido dos olhos é particularmente reconhecível porque os olhos se movem sob as pálpebras fechadas e a maioria dos sonhos ocorre durante esse estágio. No entanto, outro estágio, conhecido como sono não REM, é especialmente importante para manter a função cerebral saudável.

Durante esta fase mais profunda do sono, quando os sonhos são limitados ou ausentes, grandes grupos de neurónios tornam-se brevemente inactivos e depois activos novamente numa sequência coordenada. Essas mudanças sincronizadas produzem ondas elétricas lentas que se espalham pelo cérebro, normalmente começando no córtex frontal.

“Cada onda lenta reflete uma enorme população de neurônios que são desligados e religados juntos”, disse Sharon. “Nosso estudo mostra que, para a memória, é fundamental que esses eventos ocorram em sequência em grandes partes do cérebro. Esse desligamento coordenado foi observado apenas durante o sono profundo e pode ser uma das razões pelas quais dormimos.”

Os pesquisadores descobriram que esta atividade cuidadosamente organizada torna-se menos coordenada à medida que a tau se acumula no cérebro envelhecido. Em vez de viajarem juntas por regiões amplas, as ondas tornam-se mais dispersas e cobrem distâncias mais curtas. Essas mudanças estão associadas a uma consolidação mais fraca da memória, ao declínio das habilidades cognitivas e à doença de Alzheimer.

Proteína de Alzheimer ligada a ondas cerebrais interrompidas

Para investigar a relação, os cientistas monitoraram a atividade cerebral durante o sono usando eletroencefalogramas (EEGs). Eles compararam jovens adultos cognitivamente saudáveis, na faixa dos 20 anos, com participantes mais velhos, entre 60 e 70 anos.

As diferenças foram marcantes. Nos participantes mais jovens, grupos de ondas lentas moviam-se juntos por distâncias aproximadamente equivalentes à largura de uma mão no couro cabeludo. Entre os adultos mais velhos, as ondas normalmente viajavam menos e apareciam de forma mais independente, em vez de se moverem em grupos coordenados.

A equipe também examinou se essas mudanças estavam associadas ao acúmulo de tau. Trabalhando com o Dr. William Jagust, professor emérito de saúde pública e neurociência da UC Berkeley, os pesquisadores usaram tomografia por emissão de pósitrons (PET) para examinar os cérebros de participantes mais velhos. Esta técnica de imagem utiliza marcadores radioativos introduzidos na corrente sanguínea para revelar a atividade biológica e a distribuição de substâncias específicas.

Os exames mostraram que um maior acúmulo de tau no córtex frontal estava associado a um colapso nas ondas viajantes mais longas, normalmente observadas durante o sono profundo.

É importante ressaltar que estas alterações estavam presentes em pessoas que não desenvolveram a doença de Alzheimer.

“Essas pessoas não tinham Alzheimer”, disse Sharon. “Eles tinham tau no cérebro, mas com impactos subclínicos. O declínio da memória estava dentro da faixa normal para a idade”.

Sharon explicou que as alterações precoces relacionadas ao Alzheimer podem variar consideravelmente em gravidade. A quantidade de tau presente no cérebro está associada ao desempenho cognitivo, mesmo quando as capacidades de memória de uma pessoa permanecem dentro do esperado para a sua idade.

Misteriosas “ondas solitárias” ligadas à perda de memória

Os pesquisadores queriam determinar se os padrões alterados de sono estavam associados a diferenças reais na forma como as pessoas se lembravam das informações.

Para testar isso, os participantes aprenderam pares de palavras associadas à noite. No dia seguinte, foi-lhes pedido que recordassem o que tinham aprendido, permitindo aos cientistas avaliar a eficácia com que as memórias foram retidas durante a noite.

Os participantes cujas ondas cerebrais lentas percorriam distâncias mais curtas e pareciam mais isolados geralmente lembravam menos associações de palavras. Os pesquisadores chamaram esses padrões desconectados de “ondas solitárias”.

A equipe também acompanhou um subconjunto de participantes ao longo de vários anos para ver como seus cérebros mudaram com o tempo. Entre aqueles cujos níveis de tau no córtex frontal aumentaram, as ondas lentas tornaram-se menos coordenadas e a sua capacidade de reter informações recentemente aprendidas durante a noite diminuiu.

Estas observações fornecem evidências de uma relação entre o acúmulo de tau, mudanças na atividade cerebral do sono profundo e piora da memória episódica. No entanto, eles não estabelecem que o acúmulo de tau cause diretamente a perda de memória ou que as ondas interrompidas sejam o mecanismo responsável.

Testes adicionais fortalecem a conexão

Como os exames PET são caros e exigem instalações especializadas, os cientistas procuraram outra forma de investigar a relação entre as proteínas relacionadas com a doença de Alzheimer e a atividade do sono.

Eles colaboraram com o neurologista Yo-El Ju, da Universidade de Washington, em St. Louis, para analisar o líquido espinhal de um grupo separado de adultos mais velhos. O objetivo era determinar se as medições das proteínas associadas ao Alzheimer revelariam padrões semelhantes aos observados nas imagens cerebrais.

Ao contrário dos exames PET, as medições do líquido espinhal não conseguiram identificar o acúmulo de tau especificamente no córtex frontal. No entanto, os resultados apontaram na mesma direção.

Pessoas cujos cérebros adormecidos produziam ondas lentas mais isoladas tinham proporções mais altas de tau em relação à amiloide, outra proteína intimamente associada à doença de Alzheimer, no fluido espinhal.

A consistência entre estes grupos independentes e métodos de teste reforçou a confiança dos investigadores nos resultados.

“Ele foi coletado em um local totalmente diferente e em uma coorte diferente, então acho que isso aumenta a força das evidências”, disse Sharon.

Juntos, os registros do sono, as tomografias cerebrais, as análises do líquido espinhal e as avaliações da memória sugerem que o acúmulo de tau está associado a uma interrupção específica da atividade cerebral durante o sono profundo.

“Esta correlação longitudinal sugere que a patologia da doença de Alzheimer está associada a uma perturbação desta principal característica do sono”, disse Sharon.

O que o sono profundo revela sobre o envelhecimento do cérebro

Embora a memória diminua frequentemente com a idade, a nova investigação indica que o processo pode envolver mais do que simplesmente envelhecer. As alterações associadas à doença de Alzheimer, particularmente a acumulação de tau em regiões responsáveis ​​pela geração de ondas lentas generalizadas, podem ajudar a explicar porque é que algumas pessoas têm maior dificuldade em reter memórias.

“Não se trata apenas de idade”, disse Sharon. “É a quantidade de patologia que você tem nas áreas frontais onde as ondas globais se originam”.

A qualidade do sono também parece fazer parte do cenário. Embora possa ser difícil definir ou medir com precisão, a organização e o movimento das ondas cerebrais lentas podem fornecer indicadores importantes da eficácia com que o cérebro desempenha as suas funções de memória noturna.

As descobertas levantam a possibilidade de que mudanças na atividade do sono profundo possam eventualmente ajudar os pesquisadores a compreender ou identificar melhor os problemas de memória precoces. Eles também apontam para alvos potenciais para tratamentos futuros destinados a proteger a memória à medida que as pessoas envelhecem.

Por enquanto, porém, uma questão central permanece sem resposta. Os cientistas ainda precisam de determinar se a acumulação de tau contribui para a quebra das ondas sincronizadas do sono, se as mudanças nessas ondas influenciam a acumulação de tau ou se a relação envolve processos adicionais.

“Podemos ver ondas tau e solitárias subindo juntas ao longo do tempo”, disse Sharon. “O que ainda não podemos dizer é o que leva – e essa questão moldará a forma como concebemos as intervenções.”

Os coautores adicionais do estudo incluem Xi Chen, James Westphal, Chelsea Brown e Vyoma D. Shah da UC Berkeley, juntamente com Jason Dude da Universidade de Washington em St.

O financiamento veio de doações concedidas pelo Instituto Nacional sobre Envelhecimento nos Institutos Nacionais de Saúde. Sharon também recebeu apoio por meio de uma bolsa de pós-doutorado da Fundação Glenn para Pesquisa Médica e de uma bolsa Weill Neurohub.