Compreendendo os papéis da atividade central e autonômica durante o sono na melhoria da memória de trabalho e da memória episódica, parte 2

O sono modula a atividade do SNA

A transição da vigília para o sono produz a maior mudança na atividade autonômica que experimentamos todos os dias. O sono não é um evento uniforme e sua caracterização em estágios organizados mostra perfis específicos de atividade central e autonômica durante cada estágio. Durante uma noite de sono, o cérebro humano passa por duas fases primárias: sono NREM e sono REM (movimento rápido dos olhos).

Nos últimos anos, a ligação entre sono e memória tem atraído muita atenção dos pesquisadores. A pesquisa mostra que o sono desempenha um papel importante na função de memória das pessoas.

O sono humano é dividido em dois estados: REM (sono com movimentos oculares rápidos) e NREM (sono com movimentos oculares não rápidos). Entre eles, o sono NREM é uma etapa muito importante, que inclui quatro fases: uma, duas e três.

Durante o sono NREM, o cérebro humano fortalece a memória através de estímulos repetidos e transfere informações para a memória de longo prazo. Portanto, é muito importante que as pessoas que desejam melhorar a memória tenham sono NREM suficiente.

Ao mesmo tempo, o sono NREM também pode promover o metabolismo do corpo, ajudar a restaurar as funções do corpo e aumentar a imunidade do corpo. Portanto, garantir um sono NREM adequado não é apenas benéfico para melhorar a memória, mas também uma condição necessária para manter uma boa saúde.

Para garantir um sono NREM adequado, devemos desenvolver bons hábitos de sono, como controlar a hora do jantar e reduzir exercícios extenuantes e atividades noturnas extenuantes. Além disso, relaxar antes de adormecer pode nos ajudar a entrar no sono NREM mais rapidamente.

Em suma, o sono NREM desempenha um papel indispensável e importante na memória humana e na saúde física. Melhorar a qualidade do sono e garantir um sono NREM adequado terá um impacto positivo nas nossas vidas e no nosso trabalho. Vamos começar agora a desenvolver hábitos de sono saudáveis ​​e dar as boas-vindas a um amanhã melhor! Percebe-se que precisamos melhorar nossa memória. Cistanche deserticola pode melhorar significativamente a memória porque Cistanche deserticola é um material medicinal tradicional chinês com muitos efeitos únicos, um dos quais é melhorar a memória. A eficácia da carne picada vem dos vários ingredientes ativos que contém, incluindo ácidos, polissacarídeos, flavonóides, etc. Esses ingredientes podem promover a saúde do cérebro de várias maneiras.

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O sono NREM é dividido nos estágios 1, 2 e 3 (ou sono de ondas lentas) (53). O estágio 1 do sono é um estado de transição da vigília para o sono, representando 3% do sono noturno dos adultos. Cerca de 60% do sono adulto é o estágio 2 do sono, que é marcado por eventos eletrofisiológicos distintos denominados fusos do sono e complexos K. O estágio 3, ou sono de ondas lentas (SWS), representa cerca de 20% do sono e é marcado por oscilações lentas e de alta amplitude chamadas oscilações lentas (SOs,<1 Hz) and slow-wave activity (SWA, 0.5 to 2 Hz). In NREM sleep, cholinergic systems in the brainstem and forebrain become markedly less active; firing rates of LC–NE and serotonergic Raphe neurons are also reduced, compared to waking levels
(54). 

No entanto, o dogma convencional sobre a relativa quiescência dos neurônios LC-NE durante o sono NREM foi desafiado pela evidência de um aumento transitório na atividade de LC-NE durante o sono NREM (55). Um estudo simultâneo de eletroencefalograma (EEG) - ressonância magnética funcional (fMRI) em humanos revelou ainda que o aumento da atividade fásica do núcleo LC está temporalmente relacionado às transições de baixo para cima do SO (55, 56), sugerindo uma dinâmica neuromoduladora mais complexa durante Sono NREM. A atividade dos neurônios LC-NE durante o sono NREM é potencialmente relevante para a compreensão de como a atividade autonômica durante esse período de sono pode contribuir para o aprimoramento cognitivo.

Após um episódio de SWS, o cérebro muda para o sono REM, que representa cerca de 20% do sono humano e é marcado por explosões repentinas de movimentos oculares e alfa mais rápido e de baixa amplitude (8 a 12 Hz) e teta (4 a 12 Hz). 8 Hz) oscilações. Durante o sono REM, ambas as populações aminérgicas são fortemente inibidas, enquanto os sistemas colinérgicos tornam-se mais activos em comparação com os níveis de vigília (57). A transição através do estágio 2, SWS e REM ocorre em ciclos de 90- a 100- minutos durante a noite, com a primeira metade da noite dominada pelo SWS e a segunda metade da noite dominada pelo sono REM (58).

Em locais periféricos, a transição da vigília para a SWS está associada a uma queda significativa na frequência cardíaca e na pressão arterial, bem como ao aumento da dominância da IC-VFC (59, 60). A queda da pressão arterial durante o sono NREM em comparação com a vigília é benéfica para a saúde cardiovascular, levando alguns especialistas a descrever o sono como um “feriado cardiovascular” (61). O SWS, em particular, é um período de quiescência cardiovascular e pode representar uma oportunidade para o sistema cardiovascular se recuperar dos insultos diurnos, como os picos de pressão arterial induzidos pelo estresse. De facto, um estudo que comparou quantidades de SWS e marcadores subclínicos de doença cardiovascular descobriu que os participantes que experimentaram maior SWS apresentaram marcadores mais baixos de doença cardiovascular após stress cardiovascular (62), sugerindo que o SWS pode amortecer as respostas autonómicas ao stress diurno que pode modificar o risco de doença.

Além disso, o sono, em vez dos efeitos circadianos, parece influenciar a atividade do SNA, uma vez que perfis semelhantes de VFC foram demonstrados no sono diurno e noturno (63), o que também pode indicar que os cochilos diurnos servem como um mini feriado cardiovascular. Além disso, um estudo que comparou os perfis de VFC durante um cochilo de 50-minuto versus repouso acordado em posição supina relatou dominância parassimpática apenas durante o sono, e não durante o repouso tranquilo, indicando que os benefícios cardiovasculares são específicos do sono (64).

Estudos revelaram uma interdependência consistente entre a atividade cardíaca e cerebral, com alterações temporalmente coincidentes na potência delta do EEG (00,5 a 4 Hz) e na atividade do SNA (65–70). As modulações na VFC estão tão intimamente associadas ao início do SWS que podem ser usadas como parâmetro para detectar automaticamente o SWS (71). Além disso, a potência da banda delta, um marcador do impulso homeostático do sono que se dissipa em períodos NREM sucessivos, mostra acoplamento inverso com a relação LF/(LF+HF) durante o sono noturno. Geralmente, a relação LF/(LF+HF) aumenta durante o sono REM e diminui durante o SWS (Fig. 1A) (66), indicando maior atividade simpática durante o sono REM, com frequência cardíaca e níveis de pressão arterial atingindo valores semelhantes aos da vigília (72 ).

A atividade parassimpática/vagal durante o sono NREM e a atividade simpática durante o sono REM podem exceder os níveis médios de vigília tranquila (72). A Fig. 1B demonstra o espectro de potência dos intervalos RR durante a vigília tranquila, estágio 2, SWS e sono REM (Fig. 1B) (73). Mais recentemente, o aumento causal do SWA através da estimulação acústica de SOs resultou em aumento da atividade vagal (medida por HF-HRV e SDNN) durante o SWS em comparação com a estimulação simulada (74), sugerindo uma forte interdependência entre a atividade vagal e os eventos oscilatórios lentos do EEG durante o SWS.

Considerando níveis de análise mais precisos temporalmente, foi demonstrado acoplamento entre eventos individuais do SNA e do SNC, como batimentos cardíacos e SOs de EEG no sono profundo (75). Usando uma abordagem de correlação cruzada, Thomas et al. (69) mostraram uma relação temporal entre SWA e acoplamento cardiopulmonar de alta frequência (0 0,1 a 0 0,4 Hz), um biomarcador de sono estável derivado de ECG, durante o sono NREM. Vários estudos também relataram o acoplamento entre eventos autonômicos e centrais, em que curtos surtos de frequência cardíaca coincidem temporalmente com aumentos transitórios de SOs durante o sono NREM(73, 76). Rembado et al. registraram potenciais evocados vagais, manifestados como aferentes vagais ao córtex cerebral em respostas à ENV, em cérebros de macacos durante diferentes estados de consciência (77). Foi relatado que os potenciais evocados vagais são 300 a 500% maiores durante o sono NREM, em comparação com o sono REM e a vigília (Fig. 1C) (77), e, criticamente, os potenciais evocados vagais durante o sono NREM foram maiores para estímulos administrados no despolarizado. fase de oscilações delta contínuas, sugerindo um acoplamento temporal próximo entre eventos do SNA e do SNC. Esses achados demonstram que a dinâmica do SNC-SNA apoia a interdependência entre a função cortical e cardíaca durante o sono. Além disso, em conjunto com os resultados dos estudos de VFC durante a vigília, os surtos naturais na atividade parassimpática durante a SWS sugerem que os perfis de VFC durante o sono podem ser responsáveis ​​por algum grau de melhoria cognitiva.

Tanto SWS quanto Vagal Tone Benefit WM

Em comparação com a vigília, o sono entre as sessões de treino de MO pode ser crítico para melhorar o desempenho de MO (78-82), potencialmente devido ao efeito dos SOs (83-85) (Apêndice SI, Fig. S2A). Além disso, um estudo recente utilizando estimulação acústica SO durante o sono noturno relatou que a estimulação melhorou a MO como resultado do aumento da SWA, em comparação com indivíduos cujo SWA não foi melhorado (86). Nem todos os estudos, entretanto, encontram uma associação positiva entre as características do EEG da SWS e a melhora da MW (78, 81). Uma razão potencial para a falta de resultados consistentes pode, em parte, estar relacionada ao fato de que poucos estudos medem a atividade do SNA durante o sono e, portanto, ignoram a contribuição do SNA para a mudança de desempenho. Um estudo recente foi responsável pela atividade autonômica e central durante um período de sono em que a MO dos indivíduos foi testada antes e depois de um período de sono (78) (Apêndice SI, Fig. S2B). Neste estudo, os participantes realizaram a tarefa de amplitude operacional pela manhã e à noite. Durante o período de interesse, os indivíduos tiraram uma soneca ou acordaram tranquilamente com EEG e ECG registrados (78). Os resultados mostraram que a HF-HRV durante o SWS previu a melhoria da MO em adultos jovens saudáveis, em maior extensão do que a HF-HRV durante a vigília ou do que outras características do SWS, incluindo SOs ou SWA. Esses achados sugerem que, juntamente com os eventos de EEG da SWS, a atividade vagal naturalmente elevada durante a SWS também apoia a melhora da MW em adultos jovens.

Embora os mecanismos de melhoria da MO dependentes do sono permaneçam indefinidos, com base no quadro atual, os SOs e a atividade vagal podem facilitar a melhoria da MO, aumentando a eficiência pré-frontal e a automaticidade nas redes inibitórias pré-frontais-subcorticais. Especificamente, as entradas vagais aumentam a atividade NE fásica pré-frontal, enquanto os SOs regulam positivamente a potencialização das sinapses corticais. O mais interessante é que Eschenko et al. mostraram que os neurônios LC disparam durante a transição de baixo para cima, enquanto os neurônios pré-frontais mediais disparam no pico de SOs (87), que corresponde ao tempo de excitabilidade cortical máxima durante os estados ascendentes, sugerindo que nas interações pré-frontal-LC, LC lidera a atividade pré-frontal. Foi levantada a hipótese de que os SOs potencializam as sinapses que estavam deprimidas devido à atividade persistente durante o dia anterior e que a potencialização fornece uma base fisiológica para a melhoria da memória dependente do sono (88). Tomados em conjunto, níveis ideais de NE durante o sono podem apoiar o desempenho da MW no dia seguinte, potencializando a atividade pré-frontal da MW e, assim, melhorando a eficiência da MW pré-frontal-estriatal.

Outra possibilidade é que os SOs e a atividade vagal facilitem a MW pela eliminação de placas tau / beta-amilóides nas redes de funções executivas pré-frontal-subcorticais, impulsionadas pela atividade fásica de LC-NE (aferentes vagais) e SOs (35). Mesmo entre indivíduos que apresentam desempenho dentro da faixa normal de funcionamento cognitivo, o acúmulo de tau temporal mesial está associado a um pior desempenho cognitivo (89). Este estudo utilizou um teste padronizado para medir o desempenho cognitivo, o que não nos permite dissociar o impacto da tau na MO por si só. Mais pesquisas são necessárias para entender se a depuração glinfática está realmente envolvida nas melhorias diárias da MW dependentes do sono no cérebro saudável, ou se outros mecanismos também podem estar envolvidos, incluindo a restauração da homeostase sináptica mediada por SO (90) ou o aumento eficácia sináptica máxima (91).

Passamos agora à questão do LTM, para o qual amplas evidências apoiam o papel do SWS especificamente na consolidação de memórias episódicas dependentes do hipocampo. No entanto, as evidências de um papel potencial da atividade do SNA durante o sono neste processo permanecem escassas, uma lacuna que pode ter valor explicativo.

Contribuições do SNC e do SNA para a memória de longo prazo

A memória episódica dependente do hipocampo refere-se à lembrança consciente de informações específicas ao tempo e local de aquisição (92). Uma literatura crescente apoia o papel do sono na consolidação de memórias episódicas e identificou um papel crítico para eventos eletrofisiológicos específicos durante o sono NREM (93). Embora haja muito debate sobre como as experiências recentes são representadas e transformadas em armazenamentos corticais e subcorticais de longo prazo (94-96), há um consenso de que o hipocampo é um sistema de aprendizagem rápida que liga experiências recentes em representações através de diferentes corticais. estruturas durante a codificação (93).

Durante a consolidação, a reativação repetida estabiliza e fortalece os traços de memória, sendo o sono um período off-line ideal para a consolidação, pois facilita o diálogo entre o hipocampo e o neocórtex (93). Especificamente, durante o sono NREM, o traço de memória é reativado por ondulações de ondas agudas do hipocampo aninhadas nos fusos talâmicos, que por sua vez estão aninhados na transição descendente para cima do SO, fornecendo um caminho para a comunicação neural entre as células neocorticais e do hipocampo. assembléias. Os fusos foram recentemente reconhecidos como desempenhando um papel causal na consolidação da memória dependente do hipocampo através da farmacologia (97) e na reativação da memória direcionada (98). Mednick et al. (97) compararam o zolpidem, um agonista GABA-A de curta ação, com um placebo e um hipnótico de controle positivo (oxibato de sódio) durante uma noite de sono. Em comparação com os controles, o zolpidem aumentou os fusos do sono e melhorou a memória verbal episódica dependente do hipocampo, e o fuso aumentou as melhorias de memória mediadas. Outros estudos farmacológicos corroboraram esses achados (99), implicando modulações GABAérgicas da rede tálamo-cortical como importantes para a formação de LTM.

Apesar da lista crescente de estudos que demonstram um papel para a atividade do SNA na função executiva e na MW, as ligações com a LTM são escassamente relatadas, e nenhum estudo endossou um papel para o SNA durante o sono especificamente na LTM episódica dependente do hipocampo. Um estudo mostrou que a melhora durante a noite na memória processual não dependente do hipocampo foi correlacionada com LF-HRV e SDNN durante o sono (100). Além disso, a atividade parassimpática (HF-HRV) durante o sono REM previu fortemente a melhoria na preparação implícita em uma tarefa de criatividade (101). Estudos que examinam o impacto da VFC durante a vigília na LTM episódica também mostram resultados mistos. Um estudo demonstrou que pessoas com mau funcionamento autonômico vagal (baixa VFC em repouso) apresentam maiores erros de falsa memória (102). Além disso, foi demonstrado que o tônus ​​vagal cardíaco se correlaciona positivamente com uma melhor memória para estímulos carregados de emoção (103, 104), embora sem relação com a memória para estímulos neutros. Em contraste, vários estudos mostraram que a VFC durante a vigília não prediz o desempenho da memória episódica (105–107). Tomados em conjunto, o quadro emergente do papel dos estímulos do SNC e do SNA para o aprimoramento cognitivo é que o SWS é um estado cerebral ideal para a estabilização de memórias episódicas, de longo prazo e não emocionais, bem como para a melhoria da função executiva, mas não necessariamente através dos mesmos mecanismos.

Como interagir com a memória de trabalho e de longo prazo durante o sono?
Embora estudos tenham mostrado que tanto o SWS (incluindo SWA e SOs) quanto a atividade vagal durante o SWS contribuem para a MW e que os complexos SO-fuso-ondulação contribuem para a LTM episódica, a relação entre WM e LTM episódica permanece obscura. Por um lado, estudos mostraram associações positivas entre WM e LTM, de modo que WM aumenta o reconhecimento de LTM e a capacidade de WM restringe a codificação LTM (108). Por outro lado, Hoskin et al. demonstraram que a reativação da memória episódica durante a vigília interfere na manutenção da MO (109). Especificamente, os participantes aprenderam listas de palavras e foram testados imediatamente após a codificação (WM de curto prazo) ou realizaram uma tarefa distratora durante a qual a memória episódica foi restabelecida (reativação LTM). Eles mostraram que o período de atraso introduziu informações adicionais que influenciaram negativamente a manutenção da MO. Isto sugere que padrões de atividade coordenados em uma ampla faixa de regiões corticais, incluindo o córtex pré-frontal, desencadeados pela reativação da memória podem roubar recursos da manutenção da MO. Assim, a MW e a memória episódica podem ser apoiadas por mecanismos neurais separados e potencialmente competitivos, nomeadamente, a rede pré-frontal-subcortical LC-NE e a rede hipocampal tálamocortical GABAérgica, respectivamente.

No nível neuromodulador, juntamente com o aprimoramento LC-NE da WM (estudos VNS), estudos em animais implicaram esse sistema durante e imediatamente após a codificação de novas experiências (110, 111) e na expressão gênica dependente da vigília que regula a potenciação sináptica que apoia a aprendizagem ( 112). No entanto, embora a inativação reversível de LC durante a tarefa do labirinto aquático de Morris tenha demonstrado prejuízos significativos na codificação da memória espacial e na WM, a consolidação e a retenção da memória espacial não foram afetadas (113). Juntas, essas descobertas sugerem que o sistema LC-NE pode desempenhar um papel importante na aquisição precoce de novas experiências e na eficiência do controle cognitivo, mas não na consolidação e recuperação do LTM.

Em humanos, descobertas recentes na literatura tVNS corroboraram um papel funcional seletivo do sistema LC-NE no controle cognitivo, mas não no LTM. Uma meta-análise de 19 estudos tVNS (114) mostrou efeitos significativos da tVNS aguda no controle inibitório cognitivo, particularmente à medida que a dificuldade da tarefa aumenta, mas nenhuma evidência apoiando a eficácia da tVNS no desempenho do LTM, na atenção ou em outros domínios cognitivos. Especificamente, Mertens et al. (115) descobriram que o tVNS não afetou a memória de reconhecimento de palavras imediata ou tardia em adultos jovens e de meia-idade. Além disso, utilizando a farmacologia, Lozano-Soldevilla et al. (116) administraram um benzodiazepínico GABAérgico (lorazepam) a adultos saudáveis ​​e relataram reduções dependentes da dose na MW, impulsionadas pela diminuição da potência gama e alfa, sugerindo uma relação antagônica entre as redes pré-frontal-subcorticais GABA e LC-NE.

A competição entre essas redes pode ser especialmente prevalente durante o sono offline (117, 118). Durante as ondulações do hipocampo, assinaturas de repetição do LTM e consolidação, Logothetis et al. (117) demonstraram desativações nas regiões do tronco cerebral que regulam o SNA. Esses resultados fascinantes podem significar que durante a consolidação da memória dependente do sono, os complexos de ondulação / fuso podem orquestrar um estado de interação privilegiado entre o hipocampo e o córtex, silenciando a saída das regiões diencefálica, mesencéfalo e tronco cerebral (Apêndice SI, Fig. S3). Curiosamente, a desativação dos gânglios da base, da região pontina e do córtex cerebelar é consistente com evidências anteriores de competição entre sistemas de memória episódica e processual (119). Na direção inversa, Novitskaya et al. (118) aumentaram experimentalmente o NE por estimulação fásica-LC e bloquearam a geração de fusos corticais associados a ondulações, interferindo assim na consolidação espacial do LTM. Além disso, Marzo et al. (120) mostraram que a estimulação fásica de LC em ratos anestesiados suprimiu transitoriamente os fusos enquanto evocava um pico sustentado no córtex pré-frontal medial que se assemelhava à atividade pré-frontal dependente de NE durante o período de atraso das tarefas de WM. Também está bem documentado que a entrada NE muda a rede tálamo-cortical de um estado sincronizado associado a SOs e fusos para um estado dessincronizado caracterizado por maior capacidade de resposta neuronal a entradas sinápticas, o que é mais ideal para codificação e processamento sensorial (121).

Assim, um antagonismo mútuo e bidirecional entre os sistemas tálamo-hipocampal-cortical e pré-frontal-subcortical-autonômico durante o NREM pode estar subjacente ao trade-off comportamental relatado entre LTM episódico e WM. Para testar esta possibilidade, Chen et al. usaram um agonista GABA-A, o zolpidem, para investigar a direcionalidade da interação entre os sistemas vagal e fusiforme durante o sono noturno e seu efeito na melhora da MO e na consolidação da memória episódica (122). Juntamente com o aumento da atividade do fuso e a consolidação episódica do LTM, o zolpidem também mostrou supressão vagal e menor melhora da MW em comparação com o placebo (SI Apêndice, Fig. S4A). A atividade vagal durante o SWS correlacionou-se positivamente com a melhora do WM (SI Apêndice, Fig. S4B), mas correlacionou-se negativamente com a retenção de LTM (SI Apêndice, Fig. S4C). A estimativa eficaz da conectividade (123, 124) demonstrou que as oscilações corticais na faixa do fuso mostraram supressão causal sobre a atividade autonômica vagal tanto nas condições de zolpidem quanto nas de placebo, cuja magnitude foi associada a um trade-off entre LTM episódico aprimorado ao custo de melhoria reduzida do WM. Além disso, o acoplamento fuso-SO foi associado a um compromisso comportamental semelhante, com maior acoplamento fuso-SO associado a menor melhoria de WM. Esses achados são consistentes com a noção de que a comunicação hipocampal-tálamocortical GABAérgica e a comunicação frontal-subcortical-autonômica LC-NE competem por recursos durante o sono SWS e que essa interação pode ser influenciada pela consolidação do LTM pelo aumento dos fusos/sigma, neste caso farmacologicamente, e presumivelmente outros métodos teriam efeitos previsíveis. Por exemplo, levantamos a hipótese de que o VNS influenciaria a interação na direção oposta, aumentando a atividade vagal e a melhoria do WM às custas dos fusos acoplados ao desempenho dos SOs e do LTM.

O modelo de chave de oscilação lenta

O modelo de mudança de oscilação lenta (Fig. 2) propõe que o cérebro alterna entre separado e não sobreposto. Durante o estado LTM, a consolidação ocorre por meio de SOs acoplados ao fuso, o que leva ao aumento da comunicação hipocampo-tálamocortical, aumento dos complexos ondulação-fuso, enquanto reduz o redes inibitórias autonômicas pré-frontais. Durante o estado WM, os SOs sem fusos promovem maior eficiência neural dentro da rede autonômica pré-frontal-subcortical. A dinâmica competitiva entre estas redes é teoricamente guiada por estudos em animais que mostram relações antagónicas entre regiões cerebrais que regulam a actividade autonómica versus a repetição da memória (117, 118) e evidências de uma mudança periódica entre fusos e actividade autonómica (126).

Nossa hipótese é ainda que os fusos podem atuar como um mecanismo de controle que regula os recursos do SO para outros processos. Dado que aproximadamente 20% dos SOs durante o NREM são acoplados ao fuso (127), isso deixa muitos recursos para serem divididos entre outros processos. Trabalhos recentes analisando as características espaço-temporais dos SOs estabeleceram que eles podem ser categorizados em três tipos, SOs globais, frontais e locais, com SOs globais ocorrendo mais frequentemente com fusos (127). Demonstrou-se que os SOs globais apoiam a comunicação de longo alcance, aumentam o acoplamento do fuso e preveem a consolidação do LTM (128), enquanto os SOs frontais têm amplitude menor que os SOs globais, espalham-se apenas dentro do córtex frontal e podem ser candidatos promissores para modificar o pré-frontal. redes subcorticais-autonômicas que suportam WM. Nossa hipótese é que os SOs frontais também podem ser uma onda transportadora para processos restauradores que facilitam a depuração glinfática pré-frontal, já que estudos relataram que os SOs são temporalmente acoplados e precedem a depuração glinfática cerebrospinal (129, 130), mas esses estudos não distinguiram entre as categorias de SO. . Os SOs frontais podem regular a atividade vagal, promovendo assim o disparo fásico dos neurônios LC e a eliminação da tau (35). Um estudo recente mostrou que a estimulação auditiva não só aumenta os SOs frontais, mas também aumenta a VFC vagal (131). Juntas, a atividade vagal pode aumentar a eficiência pré-frontal e a automaticidade das redes funcionais da WM pela depuração glinfática que ocorre preferencialmente durante os SO frontais. Estas especulações são testáveis ​​experimentalmente e são necessárias mais pesquisas para elucidar ainda mais a dinâmica complexa e potencialmente competitiva do sono que suporta uma ampla gama de domínios cognitivos.

Observações Finais e Orientações Futuras

A MT é a capacidade de manter uma pequena quantidade de informação ativa e relevante por um curto período de tempo, enquanto a memória episódica é um banco aparentemente ilimitado de experiências autobiográficas, cada uma das quais pode ser evocada explicitamente. Foi demonstrado que o sono, especificamente a atividade cerebral durante o SWS, influencia ambos os tipos de processos de memória. Além disso, a atividade vagal medida pela IC-VFC está associada à MW, enquanto estudos que investigam o efeito do SNA na memória episódica produzem resultados inconsistentes. O mecanismo subjacente à forma como a atividade do SNC e do SNA durante o sono se coordena para facilitar ambos os tipos de processos cognitivos é desconhecido. Para preencher essa lacuna, apresentamos o Modelo de Comutação de Oscilação Lenta, que afirma que o sono é uma arena competitiva na qual LTM e WM episódicos competem por recursos limitados. Embora se pense que este modelo ocorre naturalmente, o funcionamento interno do sistema é revelado experimentalmente em estudos que amplificam um lado do trade-off (por exemplo, fusos farmacologicamente crescentes ou estimulações de LC desencadeadas por ondulação) com reduções previsíveis na atividade vagal e desempenho pós-sono WM ou acoplamento ondulação/fuso e LTM.

Se o sono atua como um interruptor que alterna entre os processos autonômicos pré-frontal-subcorticais LC-NE e a repetição tálamocortical-hipocampal GABAérgica, uma questão é o que determina a prioridade do mecanismo de interruptor. Consideramos duas possibilidades – uma mudança periódica natural versus uma tendência dependente da experiência. Lecci et al. (126) demonstraram um padrão alternado periódico entre rajadas de fuso e acelerações da frequência cardíaca, ocorrendo a cada 50 s, apoiando a possibilidade de que os mecanismos do interruptor de oscilação lenta alternem periodicamente sob condições tônicas. Alternativamente, a aprendizagem, as experiências emocionais, a novidade ou a carga cognitiva podem determinar a priorização. Consistente com esta ideia, tarefas de memória mais exigentes apresentam um maior número de fusos durante o sono subsequente (132). Da mesma forma, o treinamento intensivo de MO pode aumentar os SOs frontais e a atividade vagal em um grau mais elevado, em comparação com o treinamento menos intenso de MO (22, 84). Estudos futuros que investiguem como o nosso cérebro e corpo se coordenam para controlar esta mudança permitiriam uma maior compreensão da dinâmica competitiva entre diferentes domínios da memória.

A MO tem sido tradicionalmente considerada uma característica não modificável, mas estudos de treino de MO demonstraram que a função executiva em geral e a MO especificamente melhoram (20), e estudos recentes mostram que o sono apoia esta melhoria (78, 82). Os mecanismos subjacentes a este benefício, no entanto, não são claros. Além disso, sabemos pouco sobre como as redes autonômicas pré-frontais-subcorticais podem coordenar os SOs e a atividade vagal para facilitar a MO. Um estudo sugeriu uma associação entre controle cognitivo, atividade vagal e automaticidade nas redes autonômicas pré-frontais-subcorticais. Lin et al. mostraram que o treinamento cognitivo diminuiu a conectividade funcional nas redes bilaterais do corpo estriado-pré-frontal enquanto aumentava a atividade vagal, facilitando assim o desempenho em tarefas treinadas e não treinadas, com menos recursos necessários para um controle inibitório cognitivo bem-sucedido (22). No entanto, como essa dinâmica é modulada durante o sono ou SOs permanece inexplorada. Futuros estudos de imagens neurais com EEG-fMRI simultâneos são cruciais para permitir uma compreensão dos mecanismos neurais subjacentes à plasticidade da MW durante eventos específicos do sono.

Embora tenham sido feitos progressos significativos na última década, ainda há muito a compreender sobre o papel do sono em diferentes domínios cognitivos. Aqui, apresentamos um cenário em que LTM e WM episódicos são suportados por circuitos separados que competem por recursos limitados durante o sono. É importante destacar o potencial de que os SOs possam ser divididos em subcategorias implicadas em diferentes funções, uma vez que eventos eletrofisiológicos que compartilham a mesma frequência podem ter funções separadas, uma possibilidade recentemente explorada por Ngo e colegas, mostrando uma dissociação funcional entre delta e SOs, com ondas delta facilitando o esquecimento, enquanto os SOs são mais propensos a se acoplar aos fusos e facilitando a consolidação episódica do LTM (133, 134). Propomos que a identificação de biomarcadores autonômicos centrais durante o sono para diferentes processos cognitivos e a compreensão de sua dinâmica competitiva possam facilitar novos insights sobre modelos de memória e fornecer novos alvos para combater doenças neurodegenerativas.

Disponibilidade de dados, materiais e software.

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AGRADECIMENTOS.

Este trabalho foi apoiado pelo NIH Grant R01-AG062288 para SCM

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