Histórico da pesquisa sobre sono em neurociências

 

Instrumentos para coletar dados eletrofisiológicos. Parece confortável dormir assim?

 

O trecho a seguir é uma tradução própria da seção 2 do artigo de Datta, S., & MacLean, R. R. (2007) a respeito das pesquisas sobre sono.

Antes da metade do século XII, cientistas e filósofos assumiam que o sono era um estado passivo de inconsciência (revisado em Gottesmann, 1999). Esta suposição baseava-se principalmente em experiências subjetivas durante o sono, tais como perda de consciência e incapacidade de recordar a atividade mental. Lamentavelmente, esses cientistas e filósofos parecem ter ignorado a consideração das primeiras descrições sobre os diferentes níveis de consciência entre os estados de sono e vigília. Uma análise ideal dos estados de sono incluiria um exame crítico dos meandros da consciência; no entanto, uma vez que a pesquisa mais moderna sobre a consciência está emergindo como um campo independente, e sua descrição completa requer um espaço considerável, este artigo fornece apenas uma descrição da consciência no que se refere a diferentes estágios do sono.

 

Gatos foram largamente usados em pesquisas de sono.

Especulações filosóficas a respeito da natureza e dos tipos de sono são tão antigas quanto nossos registros históricos da civilização humana (Vedas, não datado entre os séculos XVI e XI antes da era comum) (veja Datta, 2006). Na antiga civilização Hindu, também conhecida como civilização do Vale do Indus, filósofos dividiram níveis de consciência em quatro estados diferentes. Desses quatro estados, o sono foi dividido em dois tipos distintos, “Prajna” e “Taijasa”. O primeiro tipo de sono, Prajna, que significa sono sem sonhos, é considerado um estado de sono profundo equivalente nos dias modernos ao sono NREM [qualquer estágio do sono que não seja o REM (rapid eye movement)]. Este estado de consciência é caracterizado por uma abundante felicidade na qual um véu de inconsciência aparente envolve o nosso pensamento e conhecimento, e as impressões sutis da nossa mente parecem desaparecer. Em suma, este é um estágio ideal para o nosso corpo e nossa mente descansarem e se reabastecerem, apagando excessos mentais adquiridos durante a vigília, ou “Vaisvanara”. O segundo tipo de sono, “Taijasa”, o que significa [algo como] sono com sonhos [dreaming sleep], está associado a uma consciência interna equivalente atualmente ao sono REM (também conhecido como sono paradoxal e sono ativado). Caracterizada por uma consciência apenas de nossos sonhos, podemos desfrutar de impressões mentais sutis do que fizemos no passado. Uma interpretação moderna desta descrição antiga poderia considerá-la um estado de consciência em que a mente é reativada para reproduzir ou reprocessar lembranças de nossas experiências passadas. Vedas também explicou que a Prajna (SWS [slow wave sleep ou sono de ondas lentas]) é a porta de entrada para os estados de Vaisvanara (vigília) e Taijasa (sono REM). Correspondentemente, com o auxílio de equipamentos modernos, nós reconhecemos agora que para entrar em sono REM partindo da vigília, passamos por SWS. Estas duas fases do sono não são exclusivas para os seres humanos. A progressão da pesquisa do sono, em conjunto com a tecnologia moderna, nos deu a capacidade de identificar objetivamente os dois tipos de sono não apenas nos seres humanos, mas também em animais. Entre a civilização dos Vedas e a identificação objetiva de estágios do sono em tempo real no início do século 20, houve uma série de naturalistas (nomeadamente Lucrécio, por volta de 98-55 antes da era comum, Fontana, 1765, e muitos outros), que descreveu observações individuais de sono com sonhos [dreaming sleep] em humanos e animais. Embora valha a pena levar em consideração, as opiniões e percepções desses artistas, filósofos e poetas já foram examinados em uma série de livros e, portanto, não se repetirão nesta comunicação.

 

Padrões de ondas cerebrais em gatos

A descoberta de eletroencefalograma humano (EEG) foi o primeiro evento importante que marcou o início da era científica moderna da pesquisa do sono e forneceu o quadro para os nossos conceitos atuais de identificação objetiva dos estágios do sono. Hans Berger, um psiquiatra alemão que trabalhava em Jena, demonstrou pela primeira vez que, quando suas cobaias relaxavam, fechavam os olhos ou cochilavam, a atividade de baixa voltagem das ondas cerebrais associada com o estado de alerta dava lugar a padrões de voltagem mais alta e de frequência mais baixa (Berger, 1929). Embora as primeiras gravações de EEG tenham sido feitas em 1924, por causa de sua natureza secreta, Berger somente publicou sua análise de EEG em 1929. Depois da descoberta de Berger, seguiu-se uma onda de estudos descritivos e experimentais voltados à compreensão do próprio EEG, incluindo a gama completa de sua variabilidade dependente do estado e do controle dessa variabilidade pelo cérebro. Loomis e seus colegas foram o primeiro grupo de cientistas a distinguir claramente entre os padrões de EEG de vigília, sono e sonho no ser humano (Loomis et al., 1935a, b, 1937, 1938). Dividindo o sono em cinco categorias (individualmente identificados pelas letras de A-E), Loomis e seus colegas usaram vários estímulos e EEG para correlacionar experiências subjetivas dos participantes com os correspondentes dados de EEG (Loomis et al., 1937). Seus resultados não só definiram estados objetivos de vigília e sono, como também a hipótese de que o sonho ocorre na categoria “B”, denotado por ondas de baixa amplitude. No mesmo ano, outro cientista alemão, Klaue, começou experimentos de sono, utilizando modelos animais. Durante a gravação de EEG em gatos, Klaue descobriu que o sono evolui em uma sequência característica: um período de sono leve, durante o qual o córtex produziu ondas lentas, seguido por um período de sono profundo, em que a atividade cortical acelerou (Klaue de 1937). Este período de sono profundo com o EEG indicando ondas de baixa amplitude, que ocorreu depois de um estágio com ondas irregulares de 8 ciclos por segundo, foi acompanhado de relaxamento muscular completo e numerosos espasmos nas extremidades. Estes estudos iniciais com registros de EEG indicaram que existiam dois padrões diferentes de atividade do EEG durante o sono; documentando ambas as características ondas lentas e as mais rápidas e de menor amplitude. Nem todas as observações desses experimentos iniciais do sono foram amplamente reconhecidas entre a comunidade científica. A relevância fisiológica do “sono profundo” de Kaue não foi imediatamente reconhecida por pesquisadores como o fisiologista belga Frederick Bremer, o neurofisiologista suiço laureado com o Nobel WR Hess, o neurofisiologista italiano Giuseppe Moruzzi, o neurofisiologista estadunidense Horace W. Mogoun, assim como muitos outros cientistas daquele tempo (Bremer, 1936; Hess et al, 1953; Hess, de 1954; Moruzzi e Magoun, 1949). Como resultado, por muito tempo, a atividade eletroencefalográfica de baixa amplitude e alta frequência foi geralmente aceita como o sinal típico de um EEG de excitação – até a primeira descrição de sono REM por Aserinsky e Kleitman (1953a, b).

 

As ondas de sono REM e de uma pessoa acordada são muito semelhantes.

 

Eugene Aserinsky, então um aluno de Ph.D. no laboratório do professor Nathaniel Kleitman na Universidade de Chicago, observou que, enquanto estudava as variações cíclicas de sono em crianças, os olhos dos bebês continuavam a se mover sob as pálpebras fechadas por algum tempo no início do sono após todos os movimentos do corpo haverem cessado (Aserinsky, 1996; Aserinsky e Kleitman, 1953 a, b). A ocorrência dos movimentos oculares variava na duração, e eram os primeiros movimentos corporais observáveis notados assim que a criança acordava. Aserinsky percebeu que, em comparação com os demais movimentos do corpo, o movimento dos olhos era um meio mais confiável de distinguir entre as fases ativas e inativas de sono. Com base nessas observações, Aserinsky e Kleitman sugeriram que o movimento dos olhos pode ser usado para acompanhar os ciclos semelhantes na profundidade do sono em adultos. Para testar sua hipótese, usando uma velha máquina de eletroencefalograma, Aserinsky registrou os movimentos dos olhos, bem como as taxas de EEG, pulso, respiração e os demais movimentos do corpo de indivíduos adultos do sexo masculino, incluindo o seu mentor, Kleitman [LOL]. As gravações do eletroencefalograma mostraram não só os movimentos lentos dos olhos que Aserinsky tinha observado em crianças, mas também movimentos rápidos, espasmódicos, dos olhos que apareceram em conjunto. Cada movimento ocular individual demorava apenas uma fração de segundo, mas um conjunto durava frequentemente, com interrupções, perto de 50 min. Os primeiros movimentos oculares rápidos (REMs) começaram normalmente entre 90 e 120 minutos após o início do sono, e grupos de movimentos oculares apareceram de forma cíclica durante a noite. Coincidindo com estes REMs cíclicos, o EEG das áreas frontal e occipital registrou baixa amplitude (5-30 μV) e mostrou um padrão irregular de sono leve (15-20 ciclos/s). As taxas de pulso e respiração também aumentaram, e as cobaias permaneceram imóveis (Aserinsky, 1996; Aserinsky e Kleitman, 1953a, 1955). As descobertas de Aserinsky foram publicadas pela primeira vez em 1953 (Aserinsky e Kleitman, 1953a), então esse ano é considerado como marco do descobrimento da versão moderna de sono REM. Posteriormente, outro estudante de Kleitman, William Dement, contribuiu tremendamente para o nosso entendimento inicial de sono REM (Dement, de 1955; Dement e Kleitman, 1957a, b). Trabalhando com Kleitman, Dement correlacionou a duração do sono REM com a duração subjetiva de sonhos, bem como a correspondência entre as imagens visuais dos sonhos e padrões específicos de movimento dos olhos. Estas observações estabeleceram uma associação entre o sono REM espontâneo e os sonhos. Além disso, Dement e Kleitman mostraram claramente a forte semelhança entre a atividade eletroencefalográfica de baixa voltagem observada durante a vigília e a do sono REM. As extensas observações de Kleitman e Dement levaram à primeira caracterização sistemática dos quatro estágios diferentes (fase 1 até a fase 4) do sono não REM com base na atividade do EEG (Dement e Kleitman, 1957b). Os estágios 3 e 4 do presente sono não REM foram especificamente classificados como SWS [sono de ondas lentas]. Após a exploração inicial de sono REM em humanos, utilizando a atividade do EEG e observações visuais cuidadosas, William Dement passou a estabelecer duas fases do sono em gatos (Dement, 1958). Naquela publicação, semelhante ao Klaue (1937), ele demonstrou dois diferentes padrões de atividades de EEG nos gatos durante o sono. Na primeira parte do sono, o EEG mostrou principalmente ondas lentas e de maior voltagem, e alguns padrões de fuso, que ele mesmo denominou como “dormir”. Na última etapa do sono, o EEG registrou ondas que foram de baixa voltagem e com uma frequência maior. Embora as observações de Klaue não possam ser ignoradas, isto marca a primeira definição clara de sono REM, no modelo animal. Concomitante com a baixa tensão e o ritmo rápido do EEG, ele observou movimentos espasmódicos substanciais de pernas, orelhas e das vibrissas, bem como movimentos consideráveis dos globos oculares (Dement, 1958). Também foi notada a completa ausência de potenciais musculares, embora ele não tenha mencionado isso nos registros. O limiar de excitação para os estímulos auditivos durante os períodos de sono REM foi também significativamente aumentado. Com base nos padrões de atividade eletroencefalográfica do córtex e em observações visuais, esta fase posterior do sono foi chamada de “sono ativado”, o que caracteriza o sono REM. De fato, esta foi a primeira publicação a denominar o sono REM como “sono ativado”. Para garantir que os gatos dormiriam facilmente no laboratório e não se incomodariam com a indispensável presença do experimentador, os gatos foram privados de sono por 1 a 3 dias antes da observação experimental. Notável é o uso bem-sucedido do tanque de água de Dement para a privação de sono em gatos. Este estudo foi, muito provavelmente, a primeira utilização desta técnica.

 

Hans Berger, pioneiro no uso do eletroencefalograma.

 

Ao mesmo tempo em Lyon, na França, um neurocirurgião, Michael Jouvet, e um neurologista, Francois Michel, começaram a investigar as atividades subcorticais durante o sono em gatos (Jouvet e Michel, 1959; Jouvet et al, 1959a, b). A fim de examinar as diversas áreas subcorticais, o córtex foi removido e eletrodos foram implantados para gravar o EEG da porção ventral do hipocampo, da formação reticular mesencefálica (MRF) e do núcleo reticular pontino caudal. Além disso, para gravar EMG [eletromiograma], foram implantados eletrodos no músculo do pescoço dos gatos. Durante o curso das seis horas de gravações, mais de 4 a 5 vezes, a atividade elétrica do músculo do pescoço desapareceu completamente por períodos regulares (cerca de 6 minutos de duração). Correspondendo com estes períodos de atonia muscular, ondas com muitos picos de alta voltagem apareceram no registro do EEG do núcleo pontino. Estas ondas com vários picos foram correlacionadas com o movimento dos olhos nos animais dormindo. Os autores também demonstraram que durante esta fase incongruente do sono, a atividade eletroencefalográfica no hipocampo ventral e na MRF são semelhantes ao estado de vigília (Jouvet e Michel, 1959; Jouvet et ai, 1959a, b). Em estudos de gatos com cérebros intactos, registros de EEG e EMG também exibiram um desaparecimento do tônus muscular e uma correlação notável entre REM e atividade cortical rápida. Estes resultados foram curiosos e, certamente, um fenômeno paradoxal, porque, naquela época, atividade cortical rápida ainda era considerada como o sinal eletrofisiológico da vigília e atonia muscular era um sinal invariável do sono. Portanto, Jouvet apropriadamente chamou este estado bizarro como “sono paradoxal” (Jouvet, 1965). Aserinsky, Kleitman, Dement, Jouvet, e Michel são todos creditados igualmente pela identificação objetiva de sono REM/sono ativado/sono paradoxal pela atual comunidade de pesquisa do sono. A descoberta do sono REM e sua correlação com ativações corticais e subcorticais baseados em EEG, em conjunto com o vívido sonho alucinatório, foram a evidência científica que suporta a noção de que durante esta parte do sono, o cérebro é altamente ativo.”

 

 

REFERÊNCIAS

 

Aserinsky, E., Kleitman, N., 1953a. Regularly occurring periods of eyemotility, and concomitant phenomena, during sleep. Science 118,273–274.

Aserinsky, E., Kleitman, N., 1953b. Eye movements during sleep. FederalProceedings 12, 6–7.

Aserinsky, E., Kleitman, N., 1955. Two types of ocular motility occurringin sleep. Journal of Applied Physiology 8, 1–10.

Aserinsky, E., 1996. The discovery of REM sleep. Journal of the Historyof the Neurosciences 5, 213–227.

Berger, H., 1929. U¨ ber das Elektrenkepahalogramm des Menschen.Archiv fur Psychiatrie und Nervenkrankheiten 87, 527–570.

Bremer, F., 1936. Nouvelles recherches sur le me´canisme du sommeil.Comptes Rendus des Seances de la Societe de Biologie et de Ses Filiales122, 460–464.

Datta, S., 2006. Activation of phasic pontine-wave generator: a mechanismfor sleep-dependent memory processing. Sleep and Biological Rhythms 4, 16–26.

Datta, S., & MacLean, R. R. (2007). Neurobiological mechanisms for the regulation of mammalian sleep–wake behavior: reinterpretation of historical evidence and inclusion of contemporary cellular and molecular evidence. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 31(5), 775-824.

Dement, W., 1955. Dream recall and eye movements during sleep inschizophrenics and normals. Journal of Nervous and Mental Disease122, 263–269.

Dement, W., Kleitman, N., 1957a. The relation of eye movements duringsleep to dream activity: an objective method for the study of dreaming.Journal of Experimental Psychology 53, 339–346.

Dement, W., Kleitman, N., 1957b. Cyclic variations in EEG during sleepand their relation to eye movements, body motility, and dreaming.Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Supplement 9,673–690.

Dement, W., 1958. The occurrence of low voltage, fast, electroencephalogrampatterns during behavioral sleep in the cat. Electroencephalographyand Clinical Neurophysiology Supplement 10, 291–296.

Gottesmann, C., 1999. Neurophysiological support of consciousnessduring waking and sleep. Progress in Neurobiology 59, 469–508.

Hess Jr., R., Koella, W.P., Akert, K., 1953. Cortical and subcorticalrecordings in natural and artificially induced sleep in cats.Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Supplement 5,75–90.

Hess, W.R., 1954. The diencephalic sleep centre. In: Delafresnaye, J.F.(Ed.), Brain Mechanisms and Conciousness. Blackwell, Oxford,pp. 117–136.

Jouvet, M., Michel, F., 1959. Corre´lations e´lectromyographiques dusommeil chez le Chat de´cortique´ et me´sence´phalique chronique.Comptes Rendus des Seances de la Societe de Biologie et de SesFiliales 153, 422–425.

Jouvet, M., 1965. Paradoxical sleep—a study of its nature andmechanisms. Progress in Brain Research 18, 20–62.

Jouvet, M., Michel, F., Courjon, J., 1959a. Sur la mise en jeu de deuxme´caismes a` expression e´lectro-ence´phalographique diffe´rente au coursdu sommeil physiologique chez le Chat. Comptes Rendus HebdomadairesDes Seances de l Academie des Sciences 248, 3043–3045.

Jouvet, M., Michel, F., Courjon, J., 1959b. Sur un stade d’activite´e´lectrique rapide au cours du sommeil physiologique. Comptes Rendusdes Seances de la Societe de Biologie et de ses Filiales 153, 1024–1028.

Klaue, R., 1937. Die bioelektrische Ta¨ tigkeit der Grosshirnrinde imnormalen Schlaf und in der Narkose durch Schlafmittel. Journal of Psychiatry and Neuroscience 47, 510–531.

Loomis, A.L., Harvey, E.N., Hobart, G., 1935a. Potential rhythms of thecerebral cortex during sleep. Science 81, 597–598.

Loomis, A.L., Harvey, E.N., Hobart, G., 1935b. Further observations onthe potential rhythms of the cerebral cortex during sleep. Science 82,198–200.

Loomis, A.L., Harvey, E.N., Hobart, G.A.I., 1937. Cerebral states duringsleep, as studied by human brain potentials. Journal of Experimental Psychology 21, 127–144.

Loomis, A.L., Harvey, E.N., Hobart, G.A.I., 1938. Distribution ofdisturbance-patterns in the human electroencephalogram, with specialreference to sleep. Journal of Neurophysiology 1, 413–430.

Moruzzi, G., Magoun, H.W., 1949. Brain stem reticular formation andactivation of the EEG. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology1, 455–473.

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