Por que dormimos?

Surgiram várias propostas e perspectivas que, juntas, apresentam um quadro convincente e convergente sobre por que o sono evoluiu e por que agora é necessário.

Por que o sono evoluiu

  1. A primeira diferenciação em comportamento dia versus noite em animais foi provavelmente causada por diferenças de temperatura e a luz disponível para a visão. Dia e noite são diferenciados pelo “comportamento” agregado do ecossistema (outros animais também têm ciclos dia / noite). Como resultado, as estratégias ótimas de sobrevida diurna e noturna são diferentes , e os animais teriam se adaptado para sincronizar sua estratégia de sobrevivência com o ciclo de 24 horas.
  2. Estão acumulando evidências de que os sistemas nervosos complexos, e especialmente o cérebro, realizam e se beneficiam de atividades internas de manutenção . Algumas dessas atividades de manutenção, como “estabilização de rede sináptica”, ocorrem no nível celular. Outros, como a consolidação da memória ou a transferência de memória proposta entre as áreas do cérebro, ocorrem em todo o nível do cérebro.
  3. A manutenção interna do cérebro interrompe a responsividade comportamental ideal . Um animal não pode ser totalmente vigilante para predadores, enquanto seu cérebro está fazendo a manutenção interna. Por exemplo, a consolidação da memória requer que informações não relacionadas ao momento atual sejam movidas com precisão pelo cérebro sob o gerenciamento de processos organizados. Certamente, o estado de grogue ao acordar não é o ideal para se defender de um invasor. Por essa razão, existe uma pressão evolutiva para que o animal adie as atividades internas de manutenção enquanto se envolve com o ambiente externo (encontrando comida, parceiros, etc.) de modo a reduzir o risco de dano.
  4. Essas atividades de manutenção adiadas têm que acontecer em algum momento . Para otimizar a sobrevivência, o organismo programa um horário para eles quando for mais seguro, o que inclui encontrar um lugar protegido para estar e iniciar todas as atividades de manutenção em paralelo para tirá-los do caminho. Isso leva à sincronização temporal de todas as atividades de manutenção adiadas .

Coletivamente, essas quatro pressões ambientais e biológicas levam a uma bifurcação de comportamento interativo externo e atividade de manutenção interna que é sincronizada com o ciclo dia / noite de 24 horas. Eles também encorajam todas as atividades de manutenção internas postergadas a serem sincronizadas e executadas em paralelo , ou seja, o sono .

Dados os diferentes ecossistemas dia / noite, é natural que os animais que tenham uma vantagem de sobrevivência durante uma fase do ciclo de 24 horas usem a outra fase para dormir. Os animais ” Diurnos ” são especializados para se envolver com o ambiente diurno, enquanto os animais ” noturnos ” (gatos, cangurus, corujas) são especializados para a noite e dormem durante o dia. No entanto, existem outros padrões também, como animais ” crepusculares ” que estão ativos no limite dia / noite (amanhecer, anoitecer).

Por que o sono agora é necessário

Dado que um período de sono regular se formou, a pergunta é: o que acontece durante o sono, que é tão importante?

Parece não haver uma única atividade do sono que seja a razão do sono. Como a divisão de sono / vigília do ciclo de atividade de 24 horas existe há muito tempo em animais – todos os animais conhecidos têm um período de repouso – o período de sono teve centenas de milhões de anos para adquirir múltiplos usos .

No nível celular , a remoção de radicais tóxicos e fortalecimento ou reconstrução de tecidos tem sido sugerida.

No cérebro , vários usos para o sono foram identificados ou propostos [1], incluindo:

  1. Restaurando os neurônios bioquimicamente
  2. Redimensionando as forças de conexão das sinapses nas redes neurais do cérebro para facilitar o aprendizado no dia seguinte. Isso pode incluir atividade de religação (sinapses em crescimento).
  3. Consolidando (reorganizando e reestruturando) memórias. [3]
  4. Transferência de memórias da área do cérebro de aprendizagem rápida especializada em memória (o hipocampo) para a área de maior capacidade e mais cognitivamente poderosa (o córtex cerebral) [4]

“Em todo o nível comportamental dos animais, as funções do sono parecem claras: a energia é salva, o desempenho é restaurado e (em humanos) o efeito se torna mais positivo. Tais descobertas levaram ao reconhecimento universal de que o sono restaura a função cerebral”. [1]

Dormir como um fenômeno diversificado e descentralizado

Uma ampla variedade de padrões de sono pode ser encontrada em todas as espécies animais . Alguns animais (insetos, peixes) são inativos, mas não totalmente “adormecidos” (inativos). Em cetáceos (baleias e golfinhos), metade do cérebro vai dormir de uma a duas horas em horários irregulares durante o dia e a noite. Ursos, morcegos e alguns roedores hibernam, que é um período prolongado de sono prolongado que dura semanas ou meses no inverno. Siegel (2008) revisa o fenômeno do sono entre as espécies animais. [2]

Krueger et al (2008) revê as funções e mecanismos do sono no cérebro e propõe que o sono não é um processo centralizado do cérebro, como é normalmente pensado, mas sim um processo intrínseco descentralizado de tecido neural . Eles propõem que o tecido neural inicia o início do sono de uma forma descentralizada, que se propaga até assumir todo o cérebro, em algo como um movimento de massa social. A pressão evolutiva para dividir a atividade em divisões dia / noite também é discutida. [1]

Este gráfico mostra a evolução do sono em relação ao ambiente, metabolismo e desenvolvimento de sistemas nervosos complexos. “Ciclos RA” = Ciclos de Repouso-Atividade. O sono aparece nos dois quadros inferiores.
(de Krueger et al (2008) [1].)

Relacionado
Qual é a base neurológica dos sonhos e por que fazemos isso?
Por que os olhos não estão paralisados ​​durante o sono REM?

—-

[1] James M Krueger, et al (2008). Dormir como uma propriedade fundamental das montagens neuronais. Nature Reviews Neurociência . (http://scholar.google.com/schola…)

[2] Jerome M Siegel (2008). Todos os animais dormem ?, Trends in Neurociências . (http://scholar.google.com/schola…)

[3] Pierre Maquet et al (2001). O papel do sono na aprendizagem e na memória. Ciência . (http://scholar.google.com/schola…)

[4] Daoyun Ji e Matthew A Wilson (2007). Repetição de memória coordenada no córtex visual e no hipocampo durante o sono. Natureza neurociência . (http://scholar.google.com/schola…)

Várias respostas são fornecidas no Quora (Por que dormimos?) E um dos melhores resumos é fornecido pela resposta de Paul King a Por que dormimos?

Recentemente, novas evidências sugerem um novo aspecto para o papel do sono em relação ao desempenho das atividades internas de manutenção do cérebro. A nova evidência envolve o sistema linfático do cérebro, o chamado sistema glifático (Cientistas descobrem sistema de limpeza previamente desconhecido no cérebro – Newsroom – Centro Médico da Universidade de Rochester; Caminho cerebral para remoção de resíduos capturado por ressonância magnética com contraste). Isso foi recentemente complementado por novas informações anatômicas relacionadas à conexão do cérebro com o sistema linfático tradicional do corpo (essa descoberta impressionante sobre o cérebro fará com que os cientistas reescrevam os livros didáticos).

Durante a noite, o sistema glifático do cérebro entra em ação, aumentando a liberação de resíduos do cérebro; isso constitui uma lavagem cerebral literal: “Xie e Nedergaard demonstraram que as mudanças na eficiência das trocas CSF-ISF entre o cérebro acordado e dormindo foram causadas pela expansão e contração do espaço extracelular, que aumentou em ~ 60% no cérebro adormecido para promover depuração de resíduos intersticiais, como beta-amilóide. ”

Ao contrário de muitas das funções propostas do sono, as alterações nocturnas do sono de ondas lentas do cérebro para efeitos de lavagem cerebral glaucática são dramáticas. Eles provavelmente merecem uma posição frontal e central no que diz respeito a qualquer discussão sobre as funções do sono.

Nós dormimos para que nossos cérebros possam limpar o lixo tóxico.

Lulu Xie et al. na Universidade de Rochester Medical Center demonstraram que, durante o sono, as células cerebrais encolhem para abrir os espaços intersticiais em 60%, permitindo que o líquido cefalorraquidiano passe pelo cérebro duas vezes mais rápido do que quando acordado. O sistema de lavagem cerebral é chamado de sistema glifático. Sua principal atividade é remover beta-amilóide, um produto residual neurotóxico da atividade cerebral. Altos níveis de beta-amilóide são observados em pacientes com Alzheimer. A hipótese é beta-amilóide se liga com receptores de insulina, neurônios fome e glia de nutrição a partir de glicose. Se for verdade, um cérebro privado de sono não funcionará porque não tem energia. Se o sono for negado por tempo suficiente, o cérebro morrerá de desnutrição.

O autor do relatório aponta que um cérebro adormecido consome quase tanta energia quanto um cérebro acordado, invalidando qualquer hipótese baseada na conservação de energia. Ela diz que a consolidação da memória é outra função do sono, mas não leva oito horas.

Dormir libera metabolismo do cérebro adulto (relatório por trás do paywall)

Cérebros liberam resíduos tóxicos durante o sono, incluindo proteína ligada à doença de Alzheimer, estudo com ratos

Um estudo anterior encontrou uma correlação entre a privação de sono crônica e o início precoce das doenças de Alzheimer e Parkinson. Parece agora que a doença de Alzheimer é causada pela incapacidade de eliminar a beta-amilóide, e não pela produção excessiva dela. A combinação dessas duas descobertas aumenta a esperança de que uma droga possa ser desenvolvida para prevenir a doença de Alzheimer forçando a liberação.

Privação crônica de sono associada à incidência precoce de placas cerebrais de Alzheimer