Como o cérebro “sugere” a fadiga: dinâmica da fMRI durante o adormecimento

Um estudo da equipe do Professor II Gaez na Universidade do Sul da Califórnia (USC), publicado na iScience, demonstra novos marcadores objetivos de neuroimagem que podem detectar o início da sonolência em um estágio inicial - antes que uma pessoa esteja completamente dormindo.

Tarefa e relevância

Microssono e perda momentânea de atenção levam a centenas de acidentes de trânsito e acidentes de trabalho. Até agora, era difícil prever o momento exato de "adormecer" usando questionários subjetivos ou um eletroencefalograma. Neste estudo, os pesquisadores analisaram se é possível detectar o início do Período de Início do Sono (POS) por meio de alterações no sinal BOLD em ressonância magnética funcional.

Por que isso é importante?

• Diagnóstico precoce da fadiga. A identificação de neuromapas precisos auxilia no desenvolvimento de métodos de monitoramento de motoristas e operadores, prevenindo acidentes causados pelo microssono.
• Pesquisa do sono. A dinâmica das oscilações lentas do BOLD pode se tornar um biomarcador objetivo do início do SOP, complementando testes psicológicos e eletrofisiológicos.
• Neuromodulação: Atingir o tálamo ou as redes de atenção com neuroestimulação pode prolongar a vigília em situações críticas sem farmacologia.

“Mostramos pela primeira vez que a transição para a sonolência é acompanhada por mudanças claras e reproduzíveis nas flutuações lentas do sinal BOLD”, comenta II Gaez. “Isso abre caminho para o monitoramento objetivo da fadiga com base em neuroimagem.”

Desenho experimental

1. Quórum de voluntários: 20 participantes saudáveis (10 m/10 f, com idade entre 22 e 35 anos) sem distúrbios do sono.
2. Sono no aparelho de ressonância magnética: os indivíduos deitaram-se com os olhos fechados e puderam adormecer livremente com o aparelho reproduzindo ruído de fundo (80 dB).
   • EEG (eletrodos próprios no scanner),
   • EOM (amplitude do movimento ocular),
   • Câmera de vigilância de pálpebra.
3. Definição de SOP: pela combinação de pálpebras semicerradas, desaceleração dos ritmos do EEG e, pela primeira vez, por alterações nos parâmetros BOLD.

Análise detalhada do sinal BOLD

• Flutuações de baixa frequência (0,03–0,07 Hz): nos estágios iniciais do SOP, a amplitude dessas oscilações aumentou de 30 a 50% em
  • tálamo (coordenação da vigília),
  • córtex occipital (processamento visual),
  • nós da rede de modo padrão (DMN): córtex pré-frontal medial e PCC.
• Conectividade funcional:
  • Tálamo ↔ córtex pré-frontal: aumentado em 20%, indicando aumento da “tradução” dos sinais de sono para o córtex.
  • Rede de atenção (DAN): As conexões entre os lobos parietal e frontal foram reduzidas em 15%, refletindo um enfraquecimento da orientação externa.

Correlação com fadiga

• Diferenças individuais: Participantes com menos horas de sono (<6 h) apresentaram um aumento mais precoce e pronunciado nas oscilações de baixa frequência.
• Dados comportamentais: Os primeiros sinais de microssono (resposta tardia a uma tarefa visual simples em ressonância magnética) coincidiram com a amplitude máxima do eixo BOLD tálamo-DMN.

Possíveis aplicações

1. Monitoramento de motorista e operador: transferência de resultados de fMRI para dispositivos portáteis de fMRI ou EEG para alerta precoce de fadiga.
2. Escalas de trabalho personalizadas: levando em consideração o “limite” individual do SOP no planejamento de turnos e descanso, reduzindo acidentes.
3. Terapia do sono: testando os efeitos da cafeína, cochilos curtos e neuromodulação (estimulação magnética transcraniana) na desaceleração das mudanças BOLD.

Citações de autores

“Mostramos pela primeira vez como oscilações lentas do BOLD no tálamo e no córtex predizem o início do sono”, comenta o Prof. Gaez. “Isso abre caminho para o desenvolvimento de 'olhos fisiológicos' objetivos para monitorar o estado de alerta.”

“Nossas descobertas nos permitem repensar o gerenciamento da fadiga: não basta mais perguntar: 'Como você dormiu?' – precisamos ser capazes de 'ver' o cérebro”, acrescenta o coautor Dr. Li Jing.

Os autores destacam os seguintes pontos-chave:

• Confiabilidade neurobiológica dos marcadores
  “O aumento nas flutuações de baixa frequência do sinal BOLD no tálamo e na rede do modo passivo se correlaciona claramente com sinais objetivos de sonolência (fechamento das pálpebras, desaceleração do EEG), - observa II Gaez. - Isso prova que o SOP pode ser “visto” não apenas pelo comportamento, mas também diretamente pela atividade cerebral.”

• Diferenças individuais
  : “Descobrimos que pessoas com privação crônica de sono apresentaram mudanças BOLD mais precoces e pronunciadas”, diz o Dr. Lee. “Isso abre a possibilidade de personalizar estratégias de combate à fadiga: algumas podem precisar de 'microssono' mais frequentes, enquanto outras podem precisar de terapia de luz ou neuroestimulação.”

• Tradução para a prática
  “O próximo passo é adaptar esses marcadores a tecnologias portáteis (fNCD, cápsulas de EEG secas) para monitorar a vigilância em tempo real em motoristas e operadores”, acrescenta o Prof. Martinez.

• Perspectivas clínicas
  “As alterações encontradas também podem ajudar no diagnóstico de distúrbios do sono: insônia, apneia e narcolepsia têm efeitos diferentes na fase inicial do SOP, e o marcador BOLD ajudará a diferenciar essas condições”, conclui o Dr. Singh.

Esta pesquisa abre caminho para neurotecnologias de prevenção de acidentes e lesões baseadas em marcadores individuais e em tempo real do início da sonolência, e promete tornar estradas e locais industriais mais seguros.