Neurociencias 4ed 2017 Bear, Connors, Paradiso 2.pdf

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PARTE III O Encéfalo e o Comportamento658
vezes, o córtex dos lobos temporais, incluindo o hipocampo e a amígdala, e podem 
prejudicar a memória, o pensamento e a consciência. Em alguns casos, as crises 
parciais podem se espalhar de forma incontrolável e se tornar crises generalizadas.
O SONO
O sono e os sonhos são misteriosos, considerados até mesmo “místicos” para 
algumas pessoas e são um dos assuntos favoritos da arte, da literatura, da filoso-
fia e da ciência. O sono é um mestre poderoso. A cada noite, abandonamos nos-
sos companheiros, nosso trabalho e nosso divertimento e entramos no retiro 
do sono. Temos somente controle limitado sobre a decisão; podemos adiar o 
sono por algum tempo, mas, eventualmente, ele nos subjuga. Passamos aproxi-
madamente um terço de nossas vidas dormindo e, a quarta parte desse tempo, 
sonhando ativamente.
O sono pode ser universal entre os vertebrados superiores e talvez entre 
todos os animais. As pesquisas sugerem que mesmo a mosca-das-frutas, a 
Drosophila, dorme. A privação prolongada do sono é devastadora para um 
funcionamento adequado do organismo, pelo menos temporariamente, e, em 
alguns animais (como ratos e baratas, embora provavelmente não ocorra em 
seres humanos), essa privação pode até mesmo causar a morte. O sono é essen-
cial para nossas vidas, quase tão importante quanto comer e respirar. Contudo, 
por que nós dormimos? Para qual propósito serve o sono? Apesar de muitos 
anos de pesquisa, persiste a piada de que a única coisa da qual temos certeza 
é de que o sono vence a sonolência. Entretanto, uma das coisas maravilhosas 
sobre a ciência é que a falta de consenso inspira um florescimento de hipóteses, 
e a pesquisa acerca do sono não é uma exceção.
Apesar disso, podemos descrever o que não conseguimos explicar, e o sono 
tem sido esplendidamente estudado. Iniciamos com uma definição: o sono é 
um estado facilmente reversível de reduzida responsividade ao, e interação com 
o, ambiente. (O coma e a anestesia geral não são facilmente reversíveis e não se 
qualificam como sono.) Nas seções que se seguem, discutiremos a fenomenolo-
gia e os mecanismos neurais do sono e dos sonhos.
Os Estados Funcionais do Encéfalo
Durante um dia normal, você experimenta dois tipos muito diferentes e notá-
veis de comportamento: a vigília e o sono. Muito menos óbvio é que seu sono 
também tem distintas fases, ou estados. Várias vezes durante uma noite, você 
entra em um estado chamado de sono de movimento rápido dos olhos, ou 
sono REM, quando seu EEG se parece mais com o estado acordado do que 
com o estado adormecido, seu corpo (exceto para os músculos dos olhos e os 
respiratórios) está imobilizado e você invoca ilusões detalhadas e vívidas, que 
chamamos de sonhos. O resto do tempo você gasta em um estado chamado 
de sono não REM, no qual o encéfalo geralmente não gera sonhos complexos. 
(O sono não REM é também chamado às vezes de sono de ondas lentas, pois o 
EEG é dominado por ritmos amplos e lentos.) Esses estados comportamentais 
fundamentais – vigília, sono não REM e sono REM – são produzidos por três 
estados distintos da função encefálica (Tabela 19.1). Cada estado também está 
acompanhado por grandes mudanças na função corporal.
O sono não REM parece ser um período de repouso. A tensão muscular está 
reduzida em todo o corpo, e o movimento é mínimo. O corpo é capaz de movi-
mentos durante o sono não REM, mas só o faz raramente, sob o comando ence-
fálico, geralmente para ajustar a posição corporal. A temperatura e o consumo 
de energia do corpo estão reduzidos. Devido a um aumento na atividade da 
O SONO
CAPÍTULO 19 Os Ritmos do Encéfalo e o Sono 659
divisão parassimpática do SNV, as frequências cardíaca e respiratória e a função 
renal diminuem e os processos digestórios são acelerados.
Durante o sono não REM, o encéfalo também parece repousar. A sua taxa de 
uso de energia e as frequências de disparo de seus neurônios, em geral, estão no 
nível mais baixo de todo o dia. Os ritmos lentos e de grande amplitude do EEG 
indicam que os neurônios do córtex estão oscilando em sincronia relativamente 
alta, e experimentos sugerem que a maioria dos sinais sensoriais aferentes não 
pode alcançar o córtex. Embora não exista uma maneira de se saber com certeza 
o que as pessoas estão pensando quando elas estão dormindo, os estudos indicam 
que os processos mentais também atingem seu nível diário mais baixo durante o 
estágio não REM. Quando acordadas, as pessoas frequentemente não lembram de 
nada, ou lembram apenas de pensamentos plausíveis breves, fragmentados, com 
poucas imagens visuais. Durante o sono não REM, são raros os sonhos detalhados, 
irracionais e elaborados, embora não estejam completamente ausentes. William 
Dement, da Universidade Stanford, um pioneiro na pesquisa do sono, caracteriza 
o sono não REM como um encéfalo indolente em um corpo em movimento.
Em contrapartida, Dement chamou o sono REM de um encéfalo ativo e 
alucinando em um corpo paralisado. O sono REM é o sono em que se sonha. 
Embora os períodos REM sejam responsáveis somente por uma pequena parte 
de nosso sono, é a parte acerca da qual muitos pesquisadores são entusiasmados 
(e esse é o estado que mais excita o encéfalo), provavelmente porque os sonhos 
são tão intrigantes e enigmáticos. Se você acordar alguém durante o sono REM, 
como Dement, Eugene Aserinsky e Nathaniel Kleitman fizeram em meados da 
década de 1950, essa pessoa provavelmente relatará episódios visualmente deta-
lhados, animados, frequentemente com histórias bizarras – o tipo de sonhos 
acerca dos quais gostamos de falar e que tentamos interpretar.
A fisiologia do sono REM também é especial. O EEG parece quase indis-
tinguível daquele de um encéfalo ativo, em vigília, com oscilações rápidas e de 
baixa voltagem. Essa é a razão pela qual o sono REM é, às vezes, chamado de 
sono paradoxal. De fato, o consumo de oxigênio pelo encéfalo (uma medida de 
sua utilização de energia) é mais elevado no sono REM do que quando esta-
mos acordados e concentrados em problemas matemáticos difíceis. A paralisia 
que ocorre durante o sono REM é causada por uma perda quase total do tônus 
muscular esquelético, ou atonia. A maior parte do corpo é, na verdade, inca-
paz de se mover. Os músculos respiratórios continuam a funcionar, mas apenas 
tenuamente. Os músculos que controlam o movimento dos olhos e os pequenos 
músculos do ouvido interno são exceções; eles estão nitidamente ativos. Com 
as pálpebras fechadas, os olhos ocasionalmente se movem com rapidez de um 
lado para o outro. Estas rajadas de movimentos oculares rápidos são os melho-
res indicadores de sonhos vívidos, e pelo menos 90% das pessoas que são acor-
dadas durante ou após essa fase relatam sonhos.
Os sistemas fisiológicos de controle são dominados pela atividade simpática 
durante o sono REM. Inexplicavelmente, o sistema de controle da temperatura 
TABELA 19.1 Características dos Três Estados Funcionais do Encéfalo
Comportamento Vigília Sono não REM Sono REM
EEG Voltagem baixa, rápido Voltagem alta, lento Voltagem baixa, rápido
Sensação Vívida, gerada externamente Fraca ou ausente Vívida, gerada internamente
Pensamento Lógico, progressivo Lógico, repetitivo Vívido, ilógico, bizarro
Movimento Contínuo, voluntário Ocasional, involuntário Paralisia muscular; movimentos comandados 
pelo encéfalo, mas não executados
Movimento rápido 
dos olhos
Frequente Raro Frequente
Comportamento Vigília Sono não REM Sono REM
PARTE III O Encéfalo e o Comportamento660
corporal simplesmente se desliga, e a temperatura interna começa a ser dire-
cionada para níveis mais baixos. As frequências cardíaca e respiratória aumen-
tam, mas tornam-se irregulares. Em pessoas saudáveis, o clitóris ou o pênis 
ficam preenchidos por sangue e eretos durante o sono REM, embora isso geral-
mente não tenha qualquer relação com o conteúdo sexual dos sonhos. De uma 
maneira geral, durante o sono REM, o encéfalo parece estar fazendo qualquer 
coisa, exceto repousar.
O Ciclo dodendritos dos neurônios do NSQ. Essa aferência oriunda da retina 
é necessária e suficiente para arrastar os ciclos sono-vigília para a noite e o 
dia. Quando são feitos registros de neurônios do NSQ, observa-se que muitos 
são, de fato, fotossensíveis. Diferentemente dos neurônios mais familiares da 
via visual (ver Capítulo 10), os neurônios do NSQ possuem campos receptivos 
muito grandes, não seletivos e respondem mais à luminosidade do que à orien-
tação e ao movimento do estímulo luminoso.
Surpreendentemente, pesquisas realizadas na última década sugerem que as 
células da retina que fazem a sincronia com o NSQ não são cones ou bastone-
tes. Sabe-se há bastante tempo que camundongos sem olhos não podem usar a 
luz para ajustar seus relógios internos, mas camundongos mutantes com reti-
nas intactas e que não possuem bastonetes nem cones podem fazê-lo. Uma vez 
que cones e bastonetes eram os únicos fotorreceptores conhecidos nos mamí-
feros, a maneira como a luz podia afetar o relógio circadiano sem essas células 
era um mistério.
Esse mistério foi solucionado por David Berson e colaboradores, da Universi-
dade Brown. Eles descobriram um novo fotorreceptor na retina, nada semelhante 
Relógios de Hamsters Mutantes
Os hamsters dourados são os perfeccionistas da precisão 
temporal circadiana. Quando colocados em escuridão 
constante, continuam dormindo e acordando, correndo em 
suas rodas, comendo e bebendo em um período médio de 
24,1 horas, durante semanas ininterruptamente.
Foi essa precisão que fez os neurocientistas Martin Ralph 
e Michael Menaker, trabalhando então na Universidade de 
Oregon, observarem quando um dos hamsters de seu labo-
ratório começou a apresentar ciclos de 22,0 horas durante 
três semanas no escuro. Este macho dissidente foi cruzado 
com três fêmeas de caráter circadiano irrepreensível (seus 
períodos de livre-curso eram de 24,01, 24,03 e 24,04 horas 
– absolutamente normal). Quando 20 filhotes das três ninha-
das resultantes foram testados no escuro, seus períodos 
em livre-curso foram claramente divididos em dois grupos. 
Metade deles apresentava períodos de 24,0 horas, e metade 
tinha períodos de 22,3 horas. Cruzamentos adicionais mos-
traram que os hamsters com os períodos circadianos mais 
curtos possuíam uma cópia mutante de um gene (tau) que 
era dominante sobre o gene normal. Após novo cruzamento, 
Ralph e Menaker descobriram que os animais que apresen-
tavam duas cópias do gene tau mutante tinham períodos em 
livre-curso de apenas 20 horas! A mutação tau foi finalmente 
identificada como de uma cinase específica, que interage 
com certos genes-relógio (ver Figura 19.27).
Os hamsters com ritmos circadianos mutantes fornece-
ram uma forma convincente de responder a uma questão 
fundamental: o NSQ é o relógio circadiano do encéfalo? 
Ralph, Menaker e colaboradores verificaram que, quando os 
NSQ de um hamster são removidos, os ritmos são inteira-
mente perdidos. Contudo, os ritmos poderiam ser restaura-
dos nesses animais que sofreram a ablação, simplesmente 
transplantando um novo NSQ no seu hipotálamo e aguar-
dando aproximadamente uma semana.
O achado-chave foi que os animais que recebiam os 
transplantes adotavam o ritmo circadiano do NSQ transplan-
tado, não o ritmo que eles tinham previamente. Em outras 
palavras, se um hamster geneticamente normal com lesões 
no NSQ recebesse um NSQ de um doador com uma cópia 
do gene mutante tau, ele, subsequentemente, faria ciclos de 
aproximadamente 22 horas. Se o NSQ transplantado fosse 
proveniente de um animal com dois genes tau mutantes, ele 
teria um ciclo de 20 horas. Essa é uma poderosa evidência 
de que o NSQ é o relógio circadiano mestre no encéfalo do 
hamster e, provavelmente, em nosso encéfalo também.
Períodos circadianos curtos foram frequentemente devas-
tadores para o estilo de vida de um hamster mutante quando 
ele era colocado em um ciclo normal de luz e escuro de 24 
horas. A preferência normal de um hamster é estar ativo à 
noite, mas a maioria dos animais tau não podia se ajustar 
completamente a um ritmo de 24 horas. Em vez disso, eles 
acabaram com períodos de atividade que se deslocavam 
continuamente ao longo de várias partes do ciclo claro-es-
curo.
Um problema similar ocorre algumas vezes em pessoas, 
mais frequentemente em idosos. Devido a uma diminuição de-
pendente da idade do ritmo circadiano, uma sonolência irre-
sistível começa no início da noite e o despertar ocorre às 3 ou 
4h da manhã. Algumas pessoas são incapazes de ajustar seus 
ciclos de sono-vigília para um ritmo diário, e, assim como os 
hamsters mutantes, eles apresentam seus ciclos de atividade 
constantemente deslocados com relação à luz do dia.
D E E S P E C I A L I N T E R E S S E QUADRO 19.5 
CAPÍTULO 19 Os Ritmos do Encéfalo e o Sono 679
aos cones ou aos bastonetes, mas que era, notavelmente, um tipo muito espe-
cializado de célula ganglionar. Lembre-se, do Capítulo 9, que células gangliona-
res são neurônios da retina cujos axônios enviam informação visual para o resto 
do encéfalo. Acreditava-se que as células ganglionares, assim como quase todos 
os demais neurônios no encéfalo, não eram diretamente fotossensíveis. As célu-
las ganglionares sensíveis à luz, contudo, expressam um tipo singular de fotopig-
mento, denominado melanopsina, que não está presente nos cones e bastonetes. 
Esses neurônios são excitados muito lentamente pela luz, e seus axônios enviam 
sinais diretamente ao NSQ, que pode reajustar o relógio circadiano que ali reside.
Os axônios eferentes do NSQ inervam principalmente partes próximas do 
hipotálamo, mas alguns também se projetam ao mesencéfalo e a outras partes 
do diencéfalo. Pelo fato de quase todos os neurônios do NSQ usarem GABA 
como seu principal neurotransmissor, esses neurônios presumivelmente ini-
bem os neurônios que inervam. Ainda não está claro como o NSQ estabelece a 
precisão temporal de tantos comportamentos importantes. Extensas lesões das 
vias eferentes do NSQ perturbam os ritmos circadianos. Além das vias eferentes 
axonais, os neurônios do NSQ podem secretar ritmicamente o peptídeo neuro-
modulador vasopressina (ver Capítulo 15).
Mecanismos do NSQ
Como os neurônios do NSQ fazem para medir o tempo? Está claro que cada 
célula do NSQ é um minúsculo relógio que mede o tempo com tique-taques 
regulares de sua própria maquinaria molecular. O experimento máximo de iso-
lamento é simplesmente o de remover neurônios do NSQ de um rato e fazê-los 
crescer isoladamente em uma placa de cultura de tecido, segregando-os do res-
tante do encéfalo e entre si. Ainda assim, as frequências de disparo de potenciais 
de ação, de utilização de glicose, de produção de vasopressina e de síntese pro-
teica nesses neurônios continuam a variar com ritmos de aproximadamente 24 
horas, exatamente como fazem em um encéfalo intacto (Figura 19.26). As células 
do NSQ em cultura não podem estar sendo reguladas por ciclos de claro-escuro 
(a aferência dos olhos seria necessária para isso), mas sua ritmicidade básica per-
manece intacta e se expressa exatamente como o faz quando um animal está pri-
vado de zeitgebers.
As células do NSQ comunicam sua mensagem rítmica para o restante do 
encéfalo através de axônios eferentes, por meio de potenciais de ação da maneira 
geral, e as frequências de disparo das células do NSQ variam com o ritmo circa-
diano. Contudo, potenciais de ação não são necessários para que os neurônios 
do NSQ mantenham seu ritmo. Quando a tetrodotoxina (TTX), um bloquea-
dor dos canais de sódio dependentes de voltagem, é aplicada às células do NSQ, 
os potenciais de ação são bloqueados, mas não ocorre qualquer efeito sobre a 
ritmicidade de seu metabolismo e funções bioquímicas. Quando a TTX é remo-
vida, os potenciais de ação recomeçam a disparar com a mesma fase e frequên-
cia que apresentavam originalmente, antes da TTX, sugerindo que o relógio do 
NSQ se mantém funcionando mesmo sem potenciais de ação. Os potenciais de 
ação do NSQ são como os ponteiros de um relógio;a remoção dos ponteiros 
não faz cessar os mecanismos internos do relógio, mas torna impossível vermos 
a hora como comumente veríamos.
Qual é a natureza desse relógio que funciona sem potenciais de ação? Pes-
quisas em uma série de espécies indicam que é um ciclo molecular, com base na 
expressão gênica. O relógio molecular utilizado em seres humanos é similar àque-
les observados em camundongos, moscas-das-frutas (Drosophila), e até mesmo 
no fungo usado como fermento para panificação. Na Drosophila e em camun-
dongos, o sistema envolve vários genes-relógio. Nos mamíferos, alguns dos genes 
mais importantes são conhecidos como período (per), criptocromo e clock. Embora 
A
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)
3.000
1.000
2.000
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Tempo (h)
12 24 36 48
 FIGURA 19.26
Ritmos circadianos do NSQ isolado 
do restante do encéfalo. A atividade 
de um gene-relógio foi monitorada em 
100 neurônios do NSQ individualmen-
te, mantidos em cultura de tecido. Cada 
neurônio gera um forte ritmo circadia-
no que está bem coordenado com os 
outros neurônios. (Fonte: adaptada de 
Yamaguchi et al., 2003, Fig. 1.)Sono
Mesmo uma boa noite de sono não é uma jornada estável e ininterrupta. Nor-
malmente, ela é iniciada com um período de sono não REM. A Figura 19.15 
mostra que um sono típico de uma noite inteira inclui ciclos regulares de movi-
mentos dos olhos, funções fisiológicas e ereções penianas em períodos não 
REM e REM. É óbvio que o sono leva o encéfalo por uma corrida repetitiva de 
atividade em uma montanha russa e, às vezes, essa corrida é bastante alucinante 
(Quadro 19.2). Aproximadamente 75% do tempo total do sono são passados no 
 FIGURA 19.15
Alterações fisiológicas durante o 
sono não REM e durante o sono REM. 
(a) Este gráfico representa uma noite de 
sono, começando com uma transição 
da vigília para o estágio 1 do sono não 
REM. O ciclo do sono progride pelos 
estágios mais profundos do sono não 
REM e, então, pelo sono REM. O ciclo 
repete-se várias vezes, mas cada ciclo 
tende a ter períodos de sono não REM 
cada vez mais curtos e menos profun-
dos e períodos de sono REM mais lon-
gos. (b) Estes gráficos mostram aumen-
tos regulares nas frequências cardíaca e 
respiratória e na ereção peniana durante 
os períodos REM de uma noite de sono. 
(Fonte: adaptada de Purves et al., 2004, 
Fig. 27.7.) (b) 
1 2 3 4 5 6 7 8
Hora do dia
0
10
20
30
0
14
18
22
26
55
65
75
(a) 
Vigília
Estágio 1
Estágio 2
Estágio 3
Estágio 4
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Não
REM REM
Não
REM REM
Não
REM REM
Não
REM REM
Não
REM REM
CAPÍTULO 19 Os Ritmos do Encéfalo e o Sono 661
sono não REM, e 25%, no sono REM, com ciclos periódicos entre esses estágios 
durante toda a noite. O sono não REM está geralmente dividido em quatro está-
gios distintos. Durante uma noite normal, passamos ao longo dos estágios do 
não REM, depois pelo REM e então de volta aos estágios não REM, repetindo o 
ciclo aproximadamente a cada 90 minutos. Esses ciclos são exemplos de ritmos 
ultradianos, os quais têm períodos mais rápidos do que os ritmos circadianos.
Os ritmos do EEG durante os estágios de sono são mostrados na Figura 19.16. 
Em média, adultos saudáveis tornam-se sonolentos e adormecem, entrando 
primeiro no estágio 1 do sono não REM. O estágio 1 é um sono de tran-
sição, quando os ritmos alfa do EEG da vigília relaxada se tornam menos 
regulares e se desvanecem e os olhos fazem movimentos circulares lentos. 
O estágio 1 é fugaz, geralmente durando apenas uns poucos minutos. É também 
o estágio de sono mais leve, significando que podemos ser facilmente acorda-
dos durante essa fase. O estágio 2 é um pouco mais profundo e pode durar de 5 
a 15 minutos. As suas características incluem a oscilação ocasional de 8 a 14 Hz 
do EEG, chamada de fuso do sono, que é gerada por um marca-passo talâmico 
(ver Figura 19.12). Além disso, uma onda aguda de alta amplitude, chamada de 
complexo K é observada algumas vezes. Os movimentos oculares quase cessam. 
Na sequência, segue o estágio 3, e o EEG inicia ritmos delta lentos, de grande 
amplitude. Há poucos movimentos oculares e corporais. O estágio 4 é o estágio 
de sono mais profundo, com ritmos do EEG de grande amplitude, de 2 Hz ou 
menos. Durante o primeiro ciclo de sono, o estágio 4 pode persistir por 20 a 40 
minutos. O sono, então, começa a tornar-se mais leve novamente, ascende atra-
vés do estágio 3 para o estágio 2 por 10 a 15 minutos e subitamente entra em 
um breve período de sono REM, com seus rápidos ritmos beta e gama do EEG 
e movimentos oculares agudos e frequentes.
À medida que a noite progride, ocorre uma redução geral na duração do 
sono não REM, particularmente dos estágios 3 e 4, e um aumento dos períodos 
Caminhando, Falando e Gritando em seu Sono
O sono não é sempre sereno e imutável. Falar, caminhar e 
gritar são comuns, geralmente ocorrendo durante o sono 
não REM. Se isso parece surpreendente, lembre-se que o sono 
REM é acompanhado por uma paralisia corporal quase total. 
Você seria, portanto, incapaz de caminhar ou falar durante o 
sono REM, mesmo que seu sonho o impelisse a fazê-lo.
O pico do sonambulismo acontece em torno dos 11 anos. 
Embora 40% de nós tenhamos sido sonâmbulos quando 
crianças, poucos o são quando adultos. O sonambulismo 
ocorre geralmente durante o primeiro estágio 4 do sono não 
REM da noite. Um incidente completo de sonambulismo pode 
envolver olhos abertos e movimentação pela sala, pela casa 
ou até mesmo no lado de fora da casa, com percepção o su-
ficiente para evitar objetos e subir escadas. A cognição e o 
julgamento estão gravemente prejudicados. É frequentemente 
difícil acordar sonâmbulos, visto que eles estão em sono pro-
fundo de ondas lentas. O melhor tratamento é conduzi-los de 
volta, pela mão, à cama. Os sonâmbulos geralmente não apre-
sentam memória do incidente na manhã seguinte.
Quase todo mundo fala durante o sono (sonilóquio) de 
vez em quando. Infelizmente, a fala durante o sono é normal-
mente tão confusa ou sem sentido, que um ouvinte curioso 
fica desapontado com sua falta de conteúdo.
Mais dramáticos são os terrores durante o sono, também 
chamados terrores noturnos, que são comuns em crianças 
de 5 a 7 anos. Uma garota grita no meio da noite; seus pais 
correm para o seu quarto, frenéticos para ver o que a ame-
drontou. A garota chora inconsolavelmente, incapaz de ex-
plicar a sua experiência horrorizante. Após 10 angustiantes 
minutos de gritaria e aflição, ela finalmente volta a dormir 
sossegadamente, deixando os pais abalados e perplexos. 
Na manhã seguinte, ela está radiante e alegre, sem recor-
dação alguma da desventura noturna. Terrores noturnos são 
distintamente diferentes dos pesadelos, os quais são sonhos 
complexos, vívidos, aparentemente silenciosos, que ocorrem 
durante o sono REM. Ao contrário, os terrores noturnos ini-
ciam nos estágios 3 ou 4 do sono não REM, e a experiên-
cia não é semelhante a um sonho, mas é uma sensação de 
pânico incontrolável, acompanhado por pressão arterial e 
batimentos cardíacos muito aumentados. Eles geralmente 
cessam na adolescência e não são sintoma de qualquer 
transtorno psiquiátrico.
D E E S P E C I A L I N T E R E S S E QUADRO 19.2 
PARTE III O Encéfalo e o Comportamento662
REM. Metade do sono REM de uma noite ocorre durante o seu último terço, 
e os ciclos REM mais longos podem durar de 30 a 50 minutos. Ainda assim, 
parece haver um período refratário obrigatório, de aproximadamente 30 minu-
tos, entre os períodos de REM; em outras palavras, cada período REM é seguido 
por, pelo menos, 30 minutos de sono não REM antes que o próximo período de 
sono REM possa iniciar.
O que é uma noite de sono normal? Sua mãe deve ter sempre insistido que 
você necessita de umas “boas 8 horas” de sono por noite. Pesquisas realizadas 
sugerem que a necessidade normal de sono pode variar amplamente entre os adul-
tos, de aproximadamente 5 a 10 horas por noite. A duração média é de aproxima-
damente 7,5 horas, e a duração do sono, em aproximadamente 68% dos adultos 
jovens, está entre 6,5 e 8,5 horas. Os adolescentes, principalmente, podem achar 
um desafio conseguir dormir o suficiente. Uma pesquisa realizada por Mary 
Carskadon, na Universidade Brown, sugere que a necessidade de sono não dimi-
nui entre a pré-adolescência e os primeiros anos da adolescência, mas que mudan-
ças nos mecanismos que imprimem o ritmo circadiano podem tornar progressi-
vamente difícil para os adolescentes adormecer cedo quando chega a noite. Esse 
processo frequentemente coincide com a chegada ao ensino médio e com um 
início das aulas mais cedo, pela manhã. Como resultado, muitos estudantes estão 
cronicamente privados de sono, uma condição nada saudável. Muito pouco sono 
pode reduzir o bem-estar físico e emocional e a cognição.
Qual é a duração do tempo de sono que é apropriada para você? A melhor 
medida de um sono bem-sucedido é a qualidade do seu tempo de vigília. Você 
precisa de certa quantidade de sono para manter um graurazoável de alerta. 
Muita sonolência durante o dia pode ser mais do que um aborrecimento; pode ser 
um perigo, caso interfira no ato de dirigir um automóvel, por exemplo. Devido à 
ampla variação entre os indivíduos, você mesmo deve decidir quanto sono precisa.
Por Que Nós Dormimos?
Todos os mamíferos, aves e répteis parecem dormir, embora somente os mamífe-
ros e algumas aves possuam uma fase REM. O tempo de sono varia amplamente, 
 FIGURA 19.16
Ritmos do EEG durante os estágios 
do sono. (Fonte: adaptada de Horne, 
1988, Fig. 1.1.)
Vigília
Ritmos alfa
Ritmos teta
Ritmos delta
Ritmos delta
Fuso Complexo K
Ritmos beta e gama
Ritmos beta e gama
Sono
REM
Estágio 4 
do sono 
não REM
Estágio 1 
do sono 
não REM
Estágio 2 
do sono 
não REM
Estágio 3 
do sono 
não REM
5
Tempo (s)
10 15 200
CAPÍTULO 19 Os Ritmos do Encéfalo e o Sono 663
de aproximadamente 18 horas por dia em morcegos e gambás a até aproximada-
mente 3 horas por dia em cavalos e girafas. Muitas pessoas argumentam que um 
comportamento tão universal como o sono deve ter uma função crítica; se assim 
não fosse, algumas espécies teriam perdido a necessidade de dormir durante a 
evolução. Qualquer que seja a função, existem boas razões para crermos que o 
sono é necessário basicamente para o encéfalo. A consequência mais imediata e 
óbvia da privação de sono é o prejuízo cognitivo. Passar 8 horas tranquilamente 
na cama sem dormir deve permitir a seu corpo recuperar-se do esforço físico, mas 
você não vai estar em sua melhor forma mental no dia seguinte.
Alguns animais têm aparentemente mais razões para não dormirem do que 
outros. Imagine viver sua vida inteira em águas turbulentas ou profundas, neces-
sitando, ainda, respirar ar mais ou menos a cada minuto. Mesmo um rápido 
cochilo seria inconveniente, na melhor das circunstâncias. Essa é precisamente a 
situação com golfinhos e baleias, e ainda assim eles dormem aproximadamente o 
mesmo tempo que os seres humanos. Os golfinhos nariz-de-garrafa apresentam 
uma característica notável: eles dormem apenas com um hemisfério cerebral por 
vez, passando cerca de 2 horas de sono não REM de um lado, então 1 hora acor-
dados (em ambos os lados), 2 horas de sono não REM no outro lado, e assim por 
diante, durante um total de cerca de 12 horas por noite (Figura 19.17). (Isso dá 
um novo significado à expressão “meio dormindo”). Não há evidências de que 
golfinhos ou baleias tenham sono REM. Outra estratégia incomum para o sono 
é utilizada pelo golfinho fluvial do rio Indo, do Paquistão, que é cego. Esse golfi-
nho usa sonar para navegar através de correntes turvas, barrentas e turbulentas, 
e, durante as estações de monções, ele não pode parar de nadar ou será atirado 
contra rochas e detritos no estuário inundado que é a casa dele. Para dormir, esse 
golfinho experimenta episódios de “microssono”, com 4 a 6 segundos de duração 
cada, enquanto continua a nadar lentamente. Seus muitos microssonos somam 
até aproximadamente 7 horas ao longo das 24 horas.
Os golfinhos evoluíram mecanismos de sono extraordinários, que os adaptam 
a um meio exigente. O fato, contudo, de que os golfinhos não ficam sem dormir 
reforça nossa questão: o que há de tão importante em dormir?
Não há uma teoria única sobre a função do sono que seja amplamente aceita, 
porém as ideias mais razoáveis podem ser colocadas em duas categorias: teorias 
de restauração e teorias de adaptação. A primeira categoria é uma explicação de 
bom senso: dormimos para descansar e nos recuperarmos em preparação para 
estarmos novamente acordados. A segunda categoria é menos óbvia: dormimos 
de modo a evitar problemas, seja para nos escondermos de predadores quando 
5 s
Esquerdo
Direito
(a) (b) (c) 
 FIGURA 19.17
O sono nos golfinhos nariz-de-garrafa. Esses padrões de EEG foram registrados a par-
tir dos hemisférios direito e esquerdo de golfinhos enquanto eles nadavam. (a) Atividade de 
alta frequência em ambos os lados durante o estado acordado e alerta. (b) Ritmos delta de 
grande amplitude do sono profundo apenas no lado direito, com rápida ativação no lado es-
querdo. (c) Os padrões deslocam-se para o hemisfério oposto algum tempo depois. (Fonte: 
Lyamin et al., 2008, Fig. 1.)
PARTE III O Encéfalo e o Comportamento664
estamos mais vulneráveis, ou para evitar outras características potencialmente 
danosas do ambiente, ou para conservar energia.
Se o sono é restaurador, o que ele está restaurando? O repouso tranquilo certa-
mente não é um substituto para o sono. Dormir é alguma coisa mais do que sim-
ples repouso. A privação prolongada de sono pode levar a sérios problemas físi-
cos e comportamentais (Quadro 19.3). Infelizmente, ninguém ainda identificou 
algum processo fisiológico determinado que seja claramente restaurado pelo sono, 
ou uma substância essencial que seja produzida ou uma toxina que seja destruída 
enquanto dormimos. O sono nos prepara para uma nova e efetiva vigília. Contudo, 
o sono renova-nos da mesma maneira que o ato de comer e beber o fazem, pela 
substituição de substâncias essenciais, ou da maneira como a cicatrização de uma 
ferida repara os tecidos danificados? A maioria das evidências indica que o sono 
não é um momento de reparação aumentada dos tecidos corporais. É possível, 
contudo, que regiões do encéfalo, como o córtex cerebral, possam alcançar alguma 
forma de “repouso” essencial somente durante o sono não REM.
As teorias de adaptação para explicar o sono assumem muitas formas. 
Alguns animais grandes comem animais pequenos; uma caminhada sob a luz 
da lua é muito arriscada para um esquilo vivendo no território de uma coruja 
ou de uma raposa. A melhor estratégia para um esquilo deve ser se manter segu-
ramente escondido em sua toca durante a noite, e o sono é uma boa maneira 
para reforçar esse isolamento. Ao mesmo tempo, o sono pode ser uma adapta-
ção para conservação de energia. Enquanto dorme, o corpo trabalha apenas o 
suficiente para manter-se vivo, a temperatura corporal interna cai, a regulação 
da temperatura é deprimida, e a taxa de gasto de calorias é mantida baixa.
Funções dos Sonhos e do Sono REM
Em muitas culturas antigas, as pessoas acreditavam que os sonhos eram uma 
janela para algum mundo superior e uma fonte de informação, guia, poder ou 
A Mais Longa Vigília de um Noctívago
Em 1963, Randy Gardner era um estudante do ensino mé-
dio de 17 anos de idade com uma ideia ambiciosa para 
um projeto para a Feira de Ciências de San Diego. Em 28 
de dezembro, ele acordou às 6 horas da manhã para iniciar 
seu projeto. Quando ele terminou, 11 dias (264 horas) após, 
ele havia quebrado o recorde mundial para período continua-
mente acordado, sob o escrutínio de dois amigos e, durante 
os últimos 5 dias, de pesquisadores do sono, fascinados com 
o caso. Ele não usou drogas, nem mesmo cafeína.
A experiência não foi agradável. Após 2 dias sem dormir, 
Randy ficou irritável, nauseado, teve problemas de memória 
e não podia nem mesmo assistir à televisão. Pelo quarto dia, 
ele teve delírios moderados e uma fadiga opressiva. Pelo sé-
timo dia, teve tremores, sua fala era inarticulada e seu EEG 
não mostrava mais ritmos alfa. Ocasionalmente, ele estava 
paranoide ou alucinando. Felizmente, ele não se tornou 
psicótico, apesar das previsões de alguns “especialistas”. 
Ao contrário, em sua última noite acordado, ele venceu um de 
seus observadores bem descansados em um tipo de jogo de 
beisebol eletrônico e fez uma consideração coerente a res-
peito de si próprio em uma audiência coletiva para a imprensa 
nacional.
Quando finalmente foi para a cama, ele dormiu direto por 
quase 15 horas e, após, manteve-se acordado por 23 horas 
para esperar o anoitecer e dormiu por mais 10,5 horas. Após o 
primeiro sono, a maioria de seus sintomas havia desaparecido 
e, uma semana depois, ele já estava dormindo e comportando-
-se normalmente.
Uma das coisas mais interessantes acerca da provação 
de Randy é que não houve efeitos prejudiciais duradouros. 
O mesmo não ocorre com algunsanimais privados de sono. 
Se ratos são mantidos acordados por períodos longos, eles 
perdem peso progressivamente, consomem muito mais co-
mida, tornam-se fracos, apresentam úlceras no estômago e he-
morragias internas, podendo até mesmo morrer. Eles parecem 
ter dificuldades na capacidade para regular a temperatura cor-
poral e as necessidades metabólicas. A privação total de sono 
não é necessária para obter esses efeitos. A perda prolongada 
apenas de sono REM já é prejudicial. Esses resultados podem 
sugerir que o sono fornece algo fisiologicamente essencial.
D E E S P E C I A L I N T E R E S S E QUADRO 19.3 
CAPÍTULO 19 Os Ritmos do Encéfalo e o Sono 665
iluminação. Talvez eles estivessem certos, mas a sabedoria coletiva do passado 
não concorda acerca da forma de interpretar o significado exato dos sonhos. 
Devemos, hoje, voltar um pouco nesse tema e nos perguntar se os sonhos têm 
algum significado. Sonhos são difíceis de se estudar. Obviamente, não podemos 
observar diretamente os sonhos de alguém, e mesmo quem sonha tem acesso a 
eles somente após ter acordado e talvez ter esquecido ou distorcido a experiên-
cia. Uma vez que o fenômeno REM pode ser medido objetivamente, explicações 
modernas acerca dos sonhos apoiam-se firmemente em estudos do sono REM, e 
não nos sonhos propriamente. Todavia, é importante enfatizar que “sono REM” 
não é sinônimo de “estar sonhando”. Alguns sonhos podem ocorrer fora do sono 
REM, e este possui muitos aspectos peculiares, que não têm nenhuma relação 
com o sonho.
Nós precisamos sonhar? Ninguém sabe, mas o corpo parece ansiar pelo sono 
REM. É possível privar as pessoas especificamente do sono REM, se as acordamos 
cada vez que elas entram nesse estágio; quando elas adormecerem, um minuto ou 
dois mais tarde, estarão inevitavelmente em um estado não REM e podem, assim, 
acumular uma noite inteira de sono não REM relativamente puro. Como Dement 
primeiramente observou, após vários dias desse tratamento aborrecido, as pes-
soas, ao dormirem, tentam entrar no estado REM muito mais frequentemente do 
que o normal. Quando essas pessoas podem, por fim, dormir sem serem pertur-
badas, elas sofrem um rebote de REM e passam mais tempo em REM, de forma 
proporcional à duração de sua privação. A maior parte dos estudos observou que 
a privação do sono REM não produz prejuízo psicológico importante durante o 
dia. Mais uma vez, é importante não interpretar a privação de REM como priva-
ção do ato de sonhar, uma vez que, durante a privação de REM, sonhos podem 
continuar a ocorrer no início do sono e durante os períodos não REM.
Sigmund Freud sugeriu muitas funções para os sonhos. Para Freud, sonhos 
eram realizações de desejos reprimidos, uma forma inconsciente de expressarmos 
nossas fantasias sexuais e agressivas, que são proibidas enquanto estamos acorda-
dos. Sonhos ruins poderiam nos ajudar a vencer os eventos da vida que provocam 
ansiedade. Teorias recentes dos sonhos, porém, são mais biologicamente funda-
mentadas. Allan Hobson e Robert McCarley, da Universidade Harvard, propuse-
ram uma “hipótese da ativação-síntese”, que explicitamente rejeita as interpreta-
ções psicológicas freudianas. Em vez disso, os sonhos, ou ao menos alguns de seus 
aspectos bizarros, são vistos como associações e memórias do córtex cerebral, 
causadas por descargas aleatórias da ponte durante o sono REM. Assim, os neu-
rônios da ponte, via tálamo, ativam várias áreas do córtex cerebral, suscitam ima-
gens ou emoções bem conhecidas, e o córtex, então, tenta sintetizar as imagens 
disparatadas em um todo sensato. Não é surpreendente que o produto do sonho 
“sintetizado” possa ser completamente estranho ou mesmo sem sentido, pois é 
disparado por atividade semialeatória da ponte. As evidências para a hipótese da 
ativação-síntese são um tanto incongruentes. Ela prevê a estranheza dos sonhos e 
sua correlação com o sono REM. No entanto, ela não explica como a atividade ao 
acaso pode disparar as estórias complexas e fluidas contidas em muitos sonhos, 
nem como ela pode evocar sonhos que são recorrentes todas as noites.
Muitos pesquisadores têm sugerido que o sono REM e, talvez, os próprios 
sonhos tenham um papel importante na memória. Nenhuma das evidências é 
definitiva, porém sugestões interessantes indicam que o sono REM auxilia de 
algum modo na integração ou na consolidação de memórias. Seres humanos ou 
ratos privados de sono REM podem ter prejuízo em sua capacidade de apren-
der uma variedade de tarefas. Alguns estudos mostram um aumento na dura-
ção do sono REM após uma intensa experiência de aprendizado. Em um dos 
estudos, o neurocientista israelense Avi Karni e colaboradores treinaram pes-
soas para identificar a orientação de uma pequena linha em seu campo visual 
PARTE III O Encéfalo e o Comportamento666
periférico. A tarefa foi dificultada pela apresentação do estímulo visual durante 
um período de tempo muito curto. Com a prática, repetida ao longo dos dias, 
as pessoas obtiveram melhor resultado nessa tarefa; surpreendentemente, seus 
desempenhos também melhoraram pela manhã, após uma noite de sono. Karni 
descobriu que, se as pessoas fossem privadas do sono REM, o aprendizado da 
tarefa não melhorava durante a noite. A privação de sono não REM, contudo, 
levava, na verdade, a um melhor desempenho. Karni hipotetizou que esse tipo 
de memória requer um tempo para ser reforçada e que o sono REM é especial-
mente efetivo para esse propósito.
Você pode ter ouvido sobre aprendizado durante o sono, a noção de que você 
pode estudar para um exame escutando uma gravação do material enquanto você 
tira um feliz cochilo. Isso soa como uma fantasia de estudante, certo? Infeliz-
mente, é exatamente isso e nada mais. Não existe evidência científica para apren-
dizado durante o sono, e estudos cuidadosos têm mostrado que as poucas coi-
sas lembradas na manhã seguinte foram ouvidas quando as pessoas acordaram 
brevemente durante a noite. De fato, o sono é um estado profundamente amné-
sico. A maioria dos nossos sonhos, por exemplo, parece estar perdida para sem-
pre. Embora sonhemos em profusão durante cada um dos quatro ou cinco perío-
dos REM todas as noites, normalmente nos recordamos apenas do último sonho 
experimentado antes de acordarmos. Além disso, quando acordamos para fazer 
algo no meio da noite, frequentemente esquecemos do incidente pela manhã.
Neste ponto, é provável que você esteja confuso acerca das funções dos 
sonhos e do sono REM. Assim estamos todos nós. Infelizmente, não existe evi-
dência o suficiente que sustente ou rejeite qualquer das teorias que discuti-
mos. Existem também muitas outras ideias plausíveis e criativas que não temos 
espaço para apresentar neste livro.
Mecanismos Neurais do Sono
Até a década de 1940, acreditava-se que o sono era um processo passivo: prive o 
encéfalo de entradas sensoriais e ele cairá no sono. No entanto, quando as aferên-
cias sensoriais para o encéfalo de um animal são bloqueadas, o animal continua 
a ter ciclos de vigília e de sono. Sabemos agora que o sono é um processo ativo, 
que requer a participação de uma variedade de regiões encefálicas. Como vimos 
no Capítulo 15, amplas áreas do córtex são, na verdade, controladas por coleções 
muito pequenas de neurônios, situadas nas profundezas do encéfalo. Essas células 
atuam como comutadores ou sintonizadores do prosencéfalo, alterando a excita-
bilidade cortical e controlando a passagem do fluxo de informação sensorial para 
ele. Os detalhes desses sistemas de controle são complexos e não totalmente com-
preendidos. Podemos, porém, resumir alguns princípios básicos.
1. Os neurônios mais críticos para o controle do sono e da vigília fazem parte 
dos sistemas modulatórios difusos de neurotransmissores (ver Capítulo 15, 
Figuras 15.12 a 15.15).
2. Os neurônios modulatórios do tronco encefálico que usam noradrenalina e 
serotonina disparam durante a vigília e acentuam o estado acordado; alguns 
neurônios que usam acetilcolina acentuam eventos críticos do sonoREM, e 
outros neurônios colinérgicos estão ativos no estado de vigília.
3. Os sistemas modulatórios difusos controlam os comportamentos rítmicos 
do tálamo, os quais, por sua vez, controlam muitos ritmos do EEG do córtex 
cerebral; os ritmos lentos do tálamo, relacionados ao sono, aparentemente 
bloqueiam o fluxo da informação sensorial até o córtex.
4. O sono também envolve atividade em ramos descendentes dos sistemas 
modulatórios difusos, como a inibição dos neurônios motores durante os 
sonhos.
CAPÍTULO 19 Os Ritmos do Encéfalo e o Sono 667
Existem três tipos básicos de evidências para a localização dos mecanismos 
do sono no encéfalo. Dados obtidos a partir de lesões revelam alterações na 
função após uma parte do encéfalo ser removida; resultados de experimentos 
com estimulação identificam mudanças que se seguem à ativação de uma região 
encefálica, e registros de atividade neural determinam a relação entre tal ativi-
dade e os diferentes estados do encéfalo.
A Vigília e o Sistema Ativador Reticular Ascendente. As lesões do tronco 
encefálico de seres humanos podem causar sono e coma, sugerindo que o tronco 
encefálico possui neurônios cuja atividade é essencial para nos manter acorda-
dos. Nas décadas de 1940 e 1950, o neurofisiologista italiano Giuseppe Moruzzi e 
colaboradores começaram a caracterizar a neurobiologia do controle, pelo tronco 
encefálico, da vigília e do estado de alerta. Eles descobriram que lesões nas estru-
turas da linha média do tronco encefálico causam um estado similar ao sono não 
REM, mas lesões no tegmento lateral, as quais interrompem as aferências senso-
riais ascendentes, não têm esse efeito. Por sua vez, a estimulação elétrica do teg-
mento na linha média do mesencéfalo, dentro da formação reticular, alterou os 
ritmos de EEG lentos de sono não REM no córtex, passando para um estado mais 
alerta, com o EEG similar ao do estado de vigília. Moruzzi chamou essa região 
pouco definida de sistema ativador reticular ascendente (o SARA – mencionado 
no Capítulo 15). Essa área está agora muito mais bem definida anatômica e fisio-
logicamente, e está claro que a estimulação de Moruzzi estava afetando muitos 
conjuntos diferentes de sistemas moduladores ascendentes.
Vários conjuntos de neurônios aumentam suas taxas de disparo em anteci-
pação ao momento de acordar e durante as várias formas de alerta. Eles incluem 
células do locus coeruleus que contêm noradrenalina, células dos núcleos da rafe 
que utilizam serotonina, células que usam acetilcolina, do tronco encefálico e 
do prosencéfalo basal, neurônios do mesencéfalo que usam histamina como 
neurotransmissor e neurônios do hipotálamo que usam hipocretina (orexina) 
como neurotransmissor (Figura 19.18). Coletivamente, esses neurônios estabe-
lecem sinapses diretamente em todo o tálamo, no córtex cerebral e em muitas 
outras regiões do encéfalo. Os efeitos gerais de seus transmissores são a despo-
larização de neurônios, um aumento de sua excitabilidade e a supressão das for-
mas rítmicas de disparo. Esses efeitos são observados mais claramente em neu-
rônios de retransmissão do tálamo (Figura 19.19).
A hipocretina (também chamada de orexina; ver Capítulo 16) é um pequeno 
neurotransmissor peptídico expresso principalmente por neurônios cujos 
Acetilcolina
(prosencéfalo basal)
Hipocretina (orexina)
(hipotálamo lateral)
Histamina
(mesencéfalo)
Serotonina
(núcleos da rafe) Noradrenalina
(locus coeruleus)
Acetilcolina
(mesencéfalo, ponte)
 FIGURA 19.18
Componentes-chave dos sistemas 
modulatórios difusos que regulam o 
sono e a vigília.
PARTE III O Encéfalo e o Comportamento668
corpos celulares se situam no hipotálamo lateral. Os axônios dos neurônios que 
secretam hipocretina (orexina) se projetam amplamente para todo o encéfalo e 
excitam fortemente células dos sistemas moduladores colinérgico, noradrenér-
gico, serotoninérgico, dopaminérgico e histaminérgico. Quando esse peptídeo 
foi descoberto, os pesquisadores acharam que a hipocretina (orexina) estava 
envolvida especificamente no comportamento alimentar (ver Capítulo 16), 
porém ela claramente tem um papel mais geral. Esse peptídeo também promove 
vigília, inibe o sono REM, facilita a atividade de neurônios que acentuam certos 
tipos de comportamento motor e está envolvido na regulação dos sistemas neu-
roendócrinos e neurovegetativos. A perda de neurônios contendo hipocretina 
(orexina) leva a um distúrbio do sono, chamado de narcolepsia (Quadro 19.4).
O Ato de Adormecer e o Estado Não REM. Adormecer envolve uma pro-
gressão de mudanças ao longo de vários minutos, culminando no estado não 
REM. O que inicia o sono não REM ainda não está inteiramente esclarecido, 
embora certos fatores promotores do sono contribuam (como descreveremos a 
seguir), e há uma redução geral na frequência de disparos da maioria dos neu-
rônios moduladores, no tronco encefálico (aqueles que usam NA, 5-HT e ACh). 
Embora a maioria das regiões do prosencéfalo basal pareça promover o alerta e a 
vigília, um subconjunto de seus neurônios colinérgicos aumenta sua frequência 
de disparos com o início do sono não REM, ficando silencioso durante a vigília.
Os estágios iniciais do sono não REM incluem os fusos de sono do EEG, 
descritos anteriormente, os quais são gerados em parte pela ritmicidade intrín-
seca dos neurônios talâmicos (ver Figura 19.11). À medida que o sono não 
Não REM
ACo ou NA ou 5-HT
ou histamina
2 s
Vigília
(a) 
(b) (c) 
300 ms
 FIGURA 19.19
Ritmicidade moduladora talâmica durante o sono e a vigília. (a) Neurônios talâmicos em re-
pouso têm uma tendência de gerar ritmos lentos na frequência delta de disparos de rajadas intrín-
secas (à esquerda). Sob a influência de diversos neuromoduladores, como ACh, NA e histamina, 
os neurônios despolarizam e mudam para um estado mais excitável de geração de picos de po-
tenciais unitários (à direita). Isso pode ser o que ocorre durante transições do sono não REM para 
a vigília. Também são mostrados registros expandidos de rajadas rítmicas (b) e de potenciais uni-
tários (c). (Fonte: adaptada de McCormick e Pape, 1990, Fig. 14.)
CAPÍTULO 19 Os Ritmos do Encéfalo e o Sono 669
Narcolepsia
A narcolepsia é um distúrbio bizarro e incapacitante do 
sono e da vigília. Apesar do que o som do nome possa 
sugerir, não é uma forma de epilepsia. Ela pode incluir algu-
mas ou todas as manifestações citadas a seguir.
A sonolência diurna excessiva pode ser grave e frequente-
mente pode levar a um indesejável “ataque de sono”. A cata-
plexia é uma repentina paralisia muscular, com a consciência 
sendo mantida. No meio de um dia normal, os pacientes re-
pentinamente sucumbem a um estado similar ao sono REM. 
A cataplexia é frequentemente provocada por intensa expres-
são emocional, como gargalhadas ou pranto, ou por uma ex-
citação sexual ou de surpresa e, em geral, dura menos de um 
minuto. A paralisia do sono, uma perda semelhante do controle 
muscular, ocorre durante a transição entre a vigília e o sono. 
Algumas vezes, quando ocorre na ausência da narcolepsia, 
ele pode ser muito desconcertante; embora consciente, uma 
pessoa pode ser incapaz de se mover ou falar por diversos 
minutos. Alucinações hipnagógicas são sonhos vívidos, fre-
quentemente assustadores, os quais também acompanham o 
início do sono e podem ocorrer após uma paralisia do sono. 
Às vezes, esses sonhos fluem suavemente com eventos reais 
que ocorreram logo antes de a pessoa cair no sono.
O monitoramento do EEG revela uma clara diferença entre 
um sono narcoléptico e um sono normal. Uma pessoa nar-
coléptica vai diretamente do estado de vigília para uma fase 
REM, ao passo que um adulto normal, ao dormir, sempre en-
tra primeiro em um longo período de sono não REM. A maior 
parte dos sintomas da narcolepsia poderia ser interpretada 
como uma intrusão anormal das características do sono REM 
no estado de vigília.
A prevalência da narcolepsia varia amplamente, afetando 
1 a cada 1.000 a 2.000 pessoas na população dos Estados 
Unidos, masapenas 1 em 500 mil pessoas em Israel, por 
exemplo. A idade típica de início é dos 12 aos 16 anos. Esse 
distúrbio tem um componente genético, e uma alta porcen-
tagem de narcolépticos tem uma dada forma do gene para o 
antígeno leucocitário humano (HLA). No entanto, cerca de 25% 
da população em geral tem a forma narcoléptica do gene HLA, 
e ainda assim a grande maioria não desenvolve narcolepsia. 
Fatores ambientais podem também ter um papel importante. 
Um estudo recente realizado na China observou que o início 
da narcolepsia em crianças varia com as estações do ano e 
tende a ser maior após infecções respiratórias relacionadas ao 
inverno. Houve um aumento especialmente marcante nos ca-
sos de narcolepsia logo após a pandemia de influenza H1N1 
em 2009 a 2010, seguido por uma redução nos dois anos que 
se seguiram. As taxas de narcolepsia aumentaram tanto na 
Europa, onde muitas pessoas foram vacinadas contra o H1N1, 
quanto na China, onde as vacinas não estavam disponíveis.
A narcolepsia ocorre em cabras, jumentos, pôneis e em 
mais de uma dúzia de raças de cães. Em 1999, Emmanuel 
Mignot, Seiji Nishino e seu grupo de pesquisa, da Universidade 
Stanford, verificaram que a narcolepsia canina é causada por 
uma mutação do gene de um receptor da hipocretina. Também 
em 1999, Masashi Yanagisawa e seu grupo, do Centro Mé-
dico Sudoeste da Universidade do Texas, deletaram os genes 
responsáveis pelo neurotransmissor peptídico hipocretina em 
camundongos e descobriram que os animais eram narcolépti-
cos. Essas pesquisas em animais rapidamente inspiraram im-
portantes estudos acerca da narcolepsia em seres humanos.
Em 2000, duas equipes de pesquisadores descobriram 
que os encéfalos de seres humanos narcolépticos apresen-
tam cerca de 10% ou menos do número normal de neurô-
nios contendo hipocretina (Figura A). O seu LCS apresenta 
níveis de hipocretina tão baixos que não são mensuráveis, ao 
passo que este peptídeo apresenta níveis normais em quase 
qualquer outra doença neurológica. Na maioria dos casos, a 
narcolepsia em seres humanos quase certamente resulta da 
morte seletiva de neurônios contendo hipocretina. Diferente-
mente de algumas versões animais da doença, a deficiência 
de hipocretina raramente é causada por mutações dos ge-
nes para hipocretina ou para o seu receptor. Não se sabe a 
razão pela qual os neurônios contendo hipocretina morrem 
nos pacientes narcolépticos, embora haja fortes evidências 
de que algum tipo de processo autoimune esteja envolvido. 
Fragmentos de proteínas virais podem mimetizar a hipocre-
tina, de modo a acionar as células do sistema imune para que 
ataquem as células liberadoras de hipocretina.
Ainda não há cura para a narcolepsia, e os tratamentos 
atualmente empregados apenas tratam de aliviar os sinto-
mas. Sonecas frequentes, anfetaminas e um fármaco deno-
minado modafinila podem ajudar com a sonolência diurna, ao 
passo que antidepressivos tricíclicos (que têm efeitos supres-
sores do sono REM) podem reduzir a cataplexia e a paralisia 
do sono. A descoberta de que a deficiência de hipocretina é 
responsável pela narcolepsia sugere um óbvio tratamento em 
potencial: a administração de hipocretina ou de seus agonis-
tas. Os resultados de ensaios em seres humanos até agora 
foram um desapontamento. Um problema é que a hipocre-
tina não penetra facilmente na barreira hematencefálica. 
O transplante de neurônios contendo hipocretina mostrou-se 
algo promissor em estudos em animais, mas não se tentou 
ensaios em seres humanos.
Tracto
óptico
Tracto
óptico
Figura A 
Neurônios contendo hipocretina (orexina) no hipotálamo de um en-
céfalo normal (à esquerda) e de um encéfalo narcoléptico (à direita). 
(Fonte: adaptada de Thannickal et al., 2000, Fig. 1.)
D E E S P E C I A L I N T E R E S S E QUADRO 19.4 
REM progride, os fusos desaparecem e são substituídos por ritmos delta len-
tos (menores do que 4 Hz). Os ritmos delta também podem ser um produto de 
células talâmicas, ocorrendo quando os seus potenciais de membrana se tornam 
ainda mais negativos que durante os ritmos de fuso (e muito mais negativos que 
PARTE III O Encéfalo e o Comportamento670
durante a vigília). A sincronização da atividade durante os ritmos de fuso ou 
delta deve-se às interconexões neurais dentro do tálamo e entre o tálamo e o 
córtex. Devido às fortes conexões excitatórias recíprocas entre o tálamo e o cór-
tex, a atividade rítmica em um deles é frequentemente projetada de maneira 
intensa e ampla sobre o outro.
Mecanismos do Sono REM. O sono REM é um estado tão diferente do sono 
não REM que nós esperaríamos algumas distinções neurais claras. Muitas áreas 
corticais estão tão ativas no sono REM quanto na vigília. Por exemplo, os neu-
rônios do córtex motor disparam rapidamente e geram padrões motores orga-
nizados, que tentam comandar o corpo inteiro, mas têm êxito somente com 
poucos músculos dos olhos, do ouvido interno e com aqueles essenciais para a 
respiração. Os sonhos elaborados do sono REM certamente requerem o córtex 
cerebral, o qual, no entanto, não é necessário para a produção do sono REM.
O uso de TEP e IRMf para o imageamento do encéfalo humano no sono e na 
vigília nos deu vislumbres fascinantes dos padrões de atividade que distinguem 
a vigília do sono REM e não REM. A Figura 19.20a mostra a diferença na ativi-
dade encefálica entre o sono REM e a vigília. Algumas áreas, incluindo o córtex 
visual primário, apresentavam aproximadamente a mesma atividade nos dois 
estados. Áreas corticais extraestriatais e porções do sistema límbico, porém, 
estavam significativamente mais ativas durante o sono REM do que durante a 
vigília. Por outro lado, as regiões dos lobos frontais estavam visivelmente menos 
ativas durante o sono REM. A Figura 19.20b mostra um contraste da atividade 
encefálica nos sonos REM e não REM. O córtex visual primário e diversas 
outras áreas estão significativamente menos ativos durante o sono REM, porém 
o córtex extraestriatal está mais ativo no sono REM do que no sono não REM. 
Esses resultados ilustram de modo intrigante o que ocorre quando dormimos. 
Durante o sono REM, ocorre uma explosão de atividade extraestriatal, presu-
mivelmente durante os momentos em que sonhamos. Contudo, não ocorre um 
aumento correspondente de atividade no córtex visual primário, sugerindo que 
a excitação extraestriatal está sendo gerada internamente. O componente emo-
cional dos sonhos poderia originar-se na acentuada ativação límbica. A baixa 
atividade no lobo frontal sugere que pode não ocorrer a integração ou a inter-
pretação em nível mais elevado da informação visual extraestriatal, deixando-
-nos com uma mescla de imagens visuais não interpretadas.
O controle do sono REM, assim como de outros estados funcionais encefáli-
cos, deriva de sistemas modulatórios difusos na porção central do tronco ence-
fálico, principalmente na ponte. As frequências de disparo dos dois principais 
 FIGURA 19.20
Imagens por TEP do encéfalo huma-
no nos estados de sono e de vigília. 
Estas imagens mostram a atividade en-
cefálica em secções horizontais. (a) As 
cores representam diferenças na ativi-
dade entre o sono REM e o estado de 
vigília; verde, amarelo e vermelho indi-
cam maior ativação durante o REM, e 
tons de púrpura indicam menor ativa-
ção durante o REM. Observe o chan-
frado de cor escura na margem inferior 
(parte posterior) da secção, indicando 
que o córtex estriado está igualmen-
te ativo nos dois estados. (b) O sono 
REM, em comparação com o sono não 
REM. No sono REM, o córtex estriado 
está menos ativo. (Fonte: Braun et al., 
1998, Fig. 1.)
REM – vigília REM – não REM
(a) (b)
CAPÍTULO 19 Os Ritmos do Encéfalo e o Sono 671
sistemas do tronco encefálico superior, o locus coeruleus e os núcleos da rafe, 
diminuem para um nível mínimo antes do início do sono REM (Figura 19.21). 
Ocorre, contudo, um nítido e concomitante aumento nas frequências de dispa-
ros dos neurônios pontinos que contêm ACh, e algumas evidências sugerem 
que neurônios colinérgicosinduzem o sono REM. Provavelmente é a ação da 
ACh durante o sono REM que determina que o tálamo e o córtex se comportem 
de modo semelhante ao do estado de vigília.
Por que nós não “encenamos” nossos sonhos movendo nossos corpos? 
Os mesmos sistemas centrais do tronco encefálico que controlam os processos 
do sono no prosencéfalo também inibem ativamente nossos neurônios moto-
res espinhais, impedindo que a atividade motora descendente se expresse como 
movimento real. Esse é claramente um mecanismo adaptativo, protegendo-nos 
de nós próprios. Em casos raros, as pessoas, geralmente homens de idade avan-
çada, parecem encenar os seus sonhos; essas pessoas possuem uma condição 
um tanto perigosa, conhecida como transtorno de comportamento do sono REM. 
Essas pessoas sofrem repetidos ferimentos, e até mesmo seus cônjuges têm sido 
vítimas de seus comportamentos violentos noturnos. Um homem sonhou que 
estava em um jogo de futebol americano e agarrou a cômoda de seu quarto. 
Outro imaginou que estava defendendo a sua mulher de um ataque, quando, 
na verdade, estava atacando-a em sua cama. A base para esse distúrbio do sono 
REM parece ser uma perturbação nas funções dos sistemas do tronco encefá-
lico que normalmente medeiam a atonia do REM. Lesões experimentais em 
certas partes da ponte podem causar uma condição similar em gatos. Durante 
os períodos REM, eles parecem caçar camundongos imaginários ou investigar 
invasores invisíveis. Distúrbios dos mecanismos de controle do REM, causados 
por uma deficiência de hipocretina (orexina), também contribuem para os pro-
blemas de indivíduos com narcolepsia (ver Quadro 19.4).
Fatores Promotores do Sono. Os pesquisadores do sono têm procurado 
intensamente por um agente químico no sangue ou no líquido cerebrospinal 
(LCS) que estimule, ou até mesmo cause, o sono. Muitas substâncias promoto-
ras do sono foram identificadas em animais privados de sono. Descreveremos 
algumas das principais. Uma substância-chave entre elas é a adenosina. A ade-
nosina é utilizada por todas as células para construir algumas das moléculas 
mais básicas para a vida, incluindo o DNA, o RNA e o trifosfato de adenosina 
(ATP). A adenosina é também liberada por alguns neurônios e pela glia e atua 
como um neuromodulador em sinapses em todo o encéfalo. É uma substância 
que pode ter apelo para os milhões que bebem café, chá e refrigerantes à base 
de cola. Desde os tempos antigos, antagonistas dos receptores de adenosina, 
como cafeína e teofilina, têm sido usados para manter as pessoas acordadas. Por 
outro lado, a administração de adenosina ou de seus agonistas aumenta o sono. 
Os níveis extracelulares de adenosina que ocorrem naturalmente no encéfalo 
estão mais altos durante a vigília do que durante o sono. Os níveis aumentam 
progressivamente durante períodos prolongados de vigília e de privação de 
REM
1
F
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2
3
4
1 2 3 4 5 6 7 8
Horas desde o início do sono
Não REM
Células que desencadeiam o sono REM
Células que encerram o sono REM
0
 FIGURA 19.21
Controle do início e do fim dos epi-
sódios REM pelos neurônios do tron-
co encefálico. Este gráfico mostra as 
frequências relativas de disparos dos 
neurônios relacionados ao REM du-
rante uma única noite de sono. Os pe-
ríodos de sono REM estão em verde. 
As células que desencadeiam o sono 
REM são neurônios colinérgicos da 
ponte que aumentam sua frequência de 
disparos imediatamente antes do iní-
cio do sono REM (linha vermelha). As 
células que encerram o sono REM são 
neurônios noradrenérgicos e serotoni-
nérgicos do locus coeruleus e dos nú-
cleos da rafe, respectivamente, e suas 
fre quências de disparo aumentam ime-
diatamente antes do fim do sono REM 
(linha azul). (Fonte: McCarley e Massa-
quoi, 1986, Fig. 4B.)
PARTE III O Encéfalo e o Comportamento672
sono, e diminuem gradativamente durante o sono. Alterações relacionadas à 
vigília nos níveis de adenosina não ocorrem em todo o encéfalo, mas apenas 
em certas regiões relacionadas ao sono. Essas duas propriedades da adenosina – 
seus efeitos promotores do sono e a relação entre seus níveis e a necessidade de 
sono – sugerem fortemente que ela seja um importante fator promotor do sono.
Como a adenosina poderia promover o sono? A adenosina tem um efeito ini-
bitório sobre os sistemas modulatórios difusos de ACh, NA e 5-HT, os quais ten-
dem a promover a vigília. Isso sugere que o sono pode ser o resultado de uma rea-
ção em cadeia de moléculas. A atividade neural no encéfalo acordado aumenta 
os níveis de adenosina, aumentando, assim, a inibição dos neurônios nos siste-
mas moduladores associados à vigília. O aumento da supressão dos sistemas que 
modulam a vigília aumenta a probabilidade de o encéfalo entrar em atividade 
sincrônica de ondas lentas, característica do sono não REM. Após o sono iniciar, 
os níveis de adenosina lentamente caem, e a atividade nos sistemas moduladores 
gradualmente aumenta, até acordarmos e iniciarmos um novo ciclo.
Outro importante fator promotor do sono é o óxido nítrico (NO). Lembre-
-se que o NO é uma pequena molécula, móvel e gasosa, que pode se difundir 
facilmente através de membranas e serve como mensageiro retrógrado (da pós-
-sinapse para a pré-sinapse) entre certos neurônios (ver Capítulo 6). Os neurô-
nios colinérgicos do tronco encefálico capazes de promover a vigília expressam 
níveis especialmente altos da enzima que sintetiza NO. Os níveis de NO no encé-
falo atingem seu ponto mais alto durante a vigília e aumentam rapidamente com 
a privação de sono. Como o NO promove o sono? Os estudos têm mostrado que o 
NO dispara a liberação de adenosina. Como vimos, a adenosina promove o sono 
não REM, suprimindo a atividade de neurônios que ajudam a manter a vigília.
A sonolência é uma das consequências mais comuns de doenças infec-
ciosas, como o resfriado comum e a gripe. Há elos diretos entre a resposta 
imune à infecção e a regulação do sono. Na década de 1970, o fisiologista John 
Pappenheimer, da Universidade Harvard, identificou um dipeptídeo muramil 
no LCS de cabras privadas de sono, que facilitava a manifestação do sono não 
REM. Peptídeos muramil são geralmente produzidos somente pelas paredes 
celulares de bactérias, e não por células encefálicas, e eles também podem causar 
febre e estimular as células imunes do sangue. Não está muito claro como esses 
peptídeos surgem no LCS, mas podem ter sido sintetizados pelas bactérias nos 
intestinos. Pesquisas mais recentes têm implicado diversos peptídeos sinalizado-
res, chamados de citocinas, que estão envolvidos no sistema imune, na regulação 
do sono. Um deles é a interleucina 1, sintetizada na glia e também por macrófa-
gos, células encontradas em todo o corpo que monitoram material estranho ao 
organismo. Como a adenosina e o NO, os níveis de interleucina 1 aumentam 
durante a vigília e, em seres humanos, esses níveis atingem seu pico logo antes 
do início do sono. A interleucina 1 promove o sono não REM, mesmo quando o 
sistema imune não foi ativado. Quando administrada a seres humanos, ela induz 
fadiga e sonolência. A interleucina 1 também estimula o sistema imune.
Outra substância endógena promotora do sono é a melatonina, um hormô-
nio secretado pelo corpo pineal, uma glândula do tamanho de uma ervilha (ver 
apêndice do Capítulo 7). A melatonina é um derivado do aminoácido triptofano. 
Ela foi chamada de o “Drácula dos hormônios”, pois é liberada apenas quando 
o ambiente escurece – normalmente à noite – e sua liberação é inibida pela luz. 
Em seres humanos, os níveis de melatonina tendem a aumentar aproximadamente 
no momento em que nos tornamos sonolentos, no início da noite, apresentando 
um pico nas primeiras horas da manhã e caindo para os níveis basais quando acor-
damos. Evidências sugerem que a melatonina ajude a iniciar e manter o sono, mas 
seu papel preciso nos ciclos naturais de sono-vigília não está bem esclarecido. 
Nos últimos anos, a melatonina tornou-se popular como uma droga indutora 
CAPÍTULO19 Os Ritmos do Encéfalo e o Sono 673
do sono. Embora tenha sido algo promissora para o tratamento dos sintomas do 
efeito dos voos transmeridianos e da insônia que afeta alguns adultos mais idosos, 
o efeito geral da melatonina como indutora do sono permanece em debate.
Expressão Gênica Durante o Sono e a Vigília. Pesquisas sobre a fun-
ção neural do sono têm se beneficiado de estudos em vários níveis de análise, 
incluindo o comportamento relacionado ao sono, a fisiologia do encéfalo e a ação 
dos sistemas modulatórios difusos. Métodos da neurobiologia molecular têm 
contribuí do para a descoberta de alguns fatos interessantes. Ainda que as peças 
não se encaixem todas completamente, está claro que os estados comportamen-
tais do sono e da vigília são diferentes mesmo no nível molecular. No macaco do 
gênero Macaca, por exemplo, a maioria das áreas do córtex cerebral mostra taxas 
mais elevadas de síntese proteica no sono profundo do que no sono leve. Em 
ratos, os níveis de monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) estão mais baixos em 
várias áreas encefálicas durante o sono, quando comparados à vigília.
Estudos têm demonstrado que o sono e a vigília estão associados a diferen-
ças na expressão de certos genes. Chiara Cirelli e Giulio Tononi, trabalhando 
no Instituto de Neurociências, em San Diego, e na Universidade de Wisconsin, 
examinaram a expressão de milhares de genes em ratos que estavam acordados 
ou dormindo. A grande maioria dos genes mostrou o mesmo nível de expressão 
nos dois estados. Os 0,5% dos genes que mostraram diferentes níveis de expres-
são podem, entretanto, fornecer sugestões do que ocorre no encéfalo durante o 
sono. A maioria dos genes com maior expressão no encéfalo desperto se encaixa 
em um dos três grupos abaixo. Um grupo inclui os chamados genes imediatos 
precoces, genes que codificam fatores de transcrição, os quais afetam a expressão 
de outros genes. Alguns desses genes parecem estar relacionados a mudanças na 
eficiência sináptica. A baixa expressão desses genes durante o sono pode estar 
associada ao fato de que o aprendizado e a formação da memória estão basica-
mente ausentes nesse estado. O segundo grupo de genes com maior expressão 
no encéfalo desperto está relacionado à mitocôndria. É possível que a expressão 
aumentada desses genes realize a função de satisfazer as demandas metabólicas 
mais elevadas do encéfalo desperto. O terceiro grupo inclui genes relacionados 
a respostas ao estresse celular.
Um grupo diferente de genes apresentou maior expressão durante o sono, 
e alguns deles podem contribuir para o aumento na síntese proteica e para os 
mecanismos de plasticidade sináptica que complementam aqueles mais preva-
lecentes durante a vigília. Um ponto importante é que as mudanças na expres-
são gênica relacionadas ao sono foram específicas para o encéfalo, e não houve 
alterações semelhantes em outros tecidos, como o fígado ou o músculo esquelé-
tico. Isso é consistente com a hipótese amplamente mantida de que o sono seja 
um processo gerado pelo encéfalo, para o benefício do encéfalo.
RITMOS CIRCADIANOS
Quase todos os animais terrestres coordenam seu comportamento de acordo com 
ritmos circadianos, os ciclos diários de claridade e escuridão que resultam da 
rotação da terra. (O termo vem do latim, circa, “aproximadamente”, e dies, “dia.”) 
Os cronogramas precisos dos ritmos circadianos variam entre as espécies. Alguns 
animais são ativos durante as horas do dia, outros, somente à noite, e outros prin-
cipalmente nos períodos de transição do alvorecer e do crepúsculo. A maioria dos 
processos fisiológicos e bioquímicos do corpo também se eleva e declina com os 
ritmos diários: temperatura corporal, fluxo sanguíneo, produção de urina, níveis 
hormonais, crescimento de pelos e taxas metabólicas, todos sofrem flutuações 
(Figura 19.22). Em seres humanos, existe uma relação aproximadamente inversa 
entre a propensão para dormir e a temperatura corporal.
RITMOS CIRCADIANOS
PARTE III O Encéfalo e o Comportamento674
Quando os ciclos de claro-escuro são removidos do ambiente do animal, 
os ritmos circadianos mantêm mais ou menos a mesma relação, uma vez que 
os relógios primários para os ritmos circadianos não são astronômicos (o Sol 
e a Terra), mas biológicos, ocorrendo no encéfalo. Os relógios do encéfalo, 
como todos os relógios, são imperfeitos e requerem ajuste ocasional. De vez 
em quando, você reajusta seu relógio para mantê-lo em sincronia com o resto 
do mundo (ou ao menos a hora em seu computador é reajustada). Da mesma 
forma, estímulos externos, como a luz e o escuro, ou alterações diárias de tem-
peratura, auxiliam a ajustar os relógios do encéfalo para mantê-los sincroniza-
dos com o início e o final diários da luz do sol. Os ritmos circadianos têm sido 
bem estudados nos níveis comportamental, celular e molecular. Os relógios do 
encéfalo são um exemplo interessante do elo entre a atividade de determinados 
neurônios e o comportamento.
Os Relógios Biológicos
A primeira evidência para um relógio biológico veio de um organismo sem 
encéfalo, uma planta chamada mimosa. A mimosa ergue suas folhas durante 
 FIGURA 19.22
Os ritmos circadianos das funções fi-
siológicas. São mostradas flutuações 
em dois dias consecutivos. O nível de 
alerta e a temperatura corporal inter-
na variam de forma similar. Os níveis de 
hormônio do crescimento e de cortisol 
no sangue estão, contudo, mais altos 
durante o sono, embora em tempos di-
ferentes. O gráfico inferior mostra a ex-
creção de potássio pelos rins, que é mais 
elevada durante o dia. (Fonte: adaptada 
de Coleman, 1986, Fig. 2.1.)
1
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37
38
40
80
6 12 18 24 6 12 18 24
Hora do dia
CAPÍTULO 19 Os Ritmos do Encéfalo e o Sono 675
o dia, baixando-as à noite. Parece óbvio para muitas pessoas que a planta sim-
plesmente reage à luz do sol, com algum tipo de movimento reflexo. Em 1729, 
o físico francês Jean Jacques d’Ortous de Mairan testou o óbvio; ele colocou 
algumas plantas mimosas em um recinto escuro e verificou que elas continua-
vam a erguer e baixar as suas folhas. Uma nova e surpreendente observação, 
no entanto, pode levar a uma conclusão errada. Era opinião de Mairan que a 
planta ainda estava, de alguma maneira, sensibilizada pelos movimentos do sol, 
mesmo na escuridão. Mais de um século depois, o botânico suíço Augustin de 
Candolle mostrou que uma planta similar, quando colocada no escuro, movia 
as suas folhas para cima e para baixo a cada 22 horas, em vez de a cada 24 horas, 
de acordo com o movimento do sol. Isso sugeria que a planta não estava respon-
dendo ao sol e muito provavelmente tinha um relógio biológico interno.
Informações do tempo oriundas do ambiente (luz e escuridão, e variações 
na temperatura e na umidade) são coletivamente denominadas zeitgebers (em 
alemão, aquilo que “impõe o tempo”). Na presença de zeitgebers, os animais 
têm seus ritmos arrastados pelo ritmo dia-noite e mantêm um ciclo de atividade 
de exatamente 24 horas. Obviamente, erros consistentes de precisão tempo-
ral, mesmo que pequenos, não poderiam ser tolerados por um longo período. 
Um ciclo de 24,5 horas em três semanas mudaria um animal da atividade diurna 
para a noturna. Quando os animais estão completamente privados de zeitge-
bers, eles estabelecem um ritmo de atividade e repouso que frequentemente 
tem um período de mais ou menos 24 horas, em cujo caso seus ritmos são ditos 
estarem em livre-curso. No camundongo, o período de livre-curso natural é de 
aproximadamente 23 horas; em hamsters, ele está próximo das 24 horas, e, em 
seres humanos, tende a estar entre 24,5 e 25,5 horas (Figura 19.23).
É muito difícil isolar um ser humano de todos os zeitgebers possíveis. Mesmo 
dentro de um laboratório, a sociedade fornece muitas informaçõessutis de tempo, 
como os sons de máquinas, a chegada e a saída de pessoas e o ciclo liga-desliga do 
aquecedor e do ar-condicionado. Alguns dos ambientes mais retirados são caver-
nas profundas, que têm sido locais para vários estudos de isolamento.
Situações
naturais
Livre-curso
em uma 
situação de
isolamento
Arrastado 
para um dia 
de 24 horas
D
ia
s
45
40
35
30
25
20
10
15
5
Meia-noite
0
Hora do dia
Meio-dia Meia-noite Meio-dia Meia-noite
 FIGURA 19.23
Ritmos circadianos do sono e da vigília. Este é um gráfi-
co dos ciclos diários de sono-vigília de uma pessoa ao longo 
de um período de 45 dias. Cada linha horizontal é um dia; li-
nhas sólidas indicam sono, e linhas tracejadas indicam vigília. 
Um triângulo indica o ponto da temperatura corporal mais baixa 
do dia. O sujeito foi exposto inicialmente a 9 dias de ciclos de 
24 horas naturais de claro-escuro, ruído e silêncio e temperatu-
ra do ar. Durante os 25 dias seguintes, todos os sinais de horá-
rios foram removidos, e o sujeito ficou livre para estabelecer seu 
próprio horário. Observe que os ciclos sono-vigília permanece-
ram estáveis, mas cada um estendido para aproximadamente 
25 horas. O sujeito estava em livre-curso. Observe também que 
o ponto de temperatura corporal mais baixa se desloca do final 
para o início do período de sono. Durante os últimos 11 dias, um 
ciclo de 24 horas de claro-escuro e refeições foi introduzido no-
vamente, os ritmos do sujeito foram novamente arrastados para 
um ritmo de 24 horas, e a temperatura corporal gradualmente 
se deslocou de volta para o seu ponto normal no ciclo de sono. 
(Fonte: adaptada de Dement, 1976, Figura 2.)
PARTE III O Encéfalo e o Comportamento676
Quando as pessoas nas cavernas são deixadas livres para estabelecer seus 
próprios horários de atividade por meses sem interrupção – acordando e dor-
mindo, ligando e desligando a luz e comendo quando quiserem –, inicialmente 
se instala um ritmo de aproximadamente 25 horas. No entanto, após dias, ou 
até semanas, as suas atividades podem seguir um ritmo de livre-curso com um 
período surpreendentemente longo de 30 a 36 horas. Eles permanecem acorda-
dos por aproximadamente 20 horas seguidas, então dormem por aproximada-
mente 12 horas e esse padrão lhes parece, então, perfeitamente normal.
Em experimentos de isolamento, o comportamento e a fisiologia nem sempre 
continuam a seguir o ciclo juntos. Estudos recentes observaram que a tempera-
tura corporal e outras medidas fisiológicas podem continuar a mudar de modo 
confiável ao longo de um ciclo de 24 horas, mesmo se as pessoas tiveram seu “dia” 
arrastado para 20 ou 28 horas com luz artificial. Isso significa que os ritmos da 
temperatura e do sono-vigília, os quais estão normalmente sincronizados para 
um período de 24 horas, tornam-se dessincronizados. Nos experimentos reali-
zados nas cavernas, quando se deixa as pessoas livres para estabelecer seus pró-
prios horários, pode haver até mesmo diferenças maiores nos períodos dos ciclos 
comportamentais e fisiológicos. Normalmente, nossa temperatura corporal mais 
baixa ocorre logo antes de acordamos pela manhã, mas, quando estamos dessin-
cronizados, esse mínimo da temperatura pode flutuar, primeiro para mais cedo 
no período do sono, e, então, para o momento de despertar. A qualidade do sono 
e o bem-estar da vigília estão prejudicados quando os ciclos estão dessincroniza-
dos. Uma observação deduzida dessa dessincronização é que o corpo tem mais de 
um relógio biológico, visto que o sono-vigília e a temperatura podem seguir ciclos 
diferentes conforme seus próprios ritmos, desacoplados um do outro.
A dessincronização pode ocorrer temporariamente quando viajamos e for-
çamos nosso corpo repentinamente a um novo ciclo sono-vigília. Essa é a expe-
riência que resulta dos voos transmeridianos (jet lag), e a melhor cura é bastante 
luminosidade, que ajuda a sincronizar novamente nossos relógios biológicos.
O zeitgeber básico para mamíferos maduros é o ciclo claro-escuro. Entre-
tanto, os níveis hormonais da mãe podem ser o primeiro zeitgeber para alguns 
mamíferos, regulando seus níveis de atividades ainda no ventre. Em estudos 
utilizando vários animais adultos, zeitgebers efetivos também têm incluído a 
disponibilidade periódica de alimento ou água, contato social, ciclos de tem-
peratura ambiental e ciclos ruído-silêncio. Embora muitos desses sejam menos 
efetivos do que ciclos claro-escuro, eles podem ser importantes para determina-
das espécies em certas circunstâncias.
O Núcleo Supraquiasmático: um Relógio Encefálico
Um relógio biológico que produz ritmos circadianos consiste em vários 
componentes:
Sensor de luz → Relógio → Via eferente
Uma ou mais vias aferentes são sensíveis à luz e à escuridão, e estas regulam 
o relógio e mantêm seu ritmo coordenado com os ritmos circadianos do meio. 
O relógio continua a funcionar e mantém seu ritmo básico mesmo quando a 
via aferente for removida. As vias eferentes do relógio permitem controlar cer-
tas funções cerebrais e corporais, de acordo com a precisão temporal do relógio.
Os mamíferos têm um par de minúsculos grupos de neurônios no hipo-
tálamo, que servem como um relógio biológico: os núcleo supraquiasmáti-
cos (NSQ), introduzidos no Capítulo 15. Cada NSQ tem um volume de menos 
de 0,3 mm3, e seus neurônios estão entre os menores no encéfalo. Eles estão 
localizados em cada lado da linha média, nas bordas do terceiro ventrículo 
(Figura 19.24). Quando o NSQ é estimulado eletricamente, ritmos circadianos 
Hipófise
Quiasma
óptico
NSQ
Terceiro 
ventrículo
NSQ
Quiasma óptico
Hipotálamo
 FIGURA 19.24
Os núcleos supraquiasmáticos hu-
manos. Dois núcleos supraquiasmá-
ticos situam-se dentro do hipotálamo, 
logo acima do quiasma óptico e próxi-
mos ao terceiro ventrículo. A visão sa-
gital é seguida por uma visão frontal, 
seccionada na linha tracejada.
CAPÍTULO 19 Os Ritmos do Encéfalo e o Sono 677
podem ser alterados de maneira previsível. A remoção de ambos os núcleos 
abole a ritmicidade circadiana da atividade física, do sono e da vigília, do ato de 
comer e de beber (Figura 19.25). Nos hamsters, o transplante de um novo NSQ 
pode restaurar os ritmos em 2 a 4 semanas (Quadro 19.5). Os ritmos encefálicos 
internos nunca retornam sem um NSQ. Entretanto, lesões no NSQ não abolem 
o sono, e os animais continuam a coordenar seu sono e sua vigília com ciclos 
claro-escuro se estes estiverem presentes. O sono parece ser regulado por um 
outro mecanismo distinto do relógio circadiano e depende fundamentalmente 
da quantidade de tempo e do horário do sono prévio.
(a) 
(b) 
36,0
8 20 8 20 8 20 8 20 8 20 8 20 8
Hora do dia
20 8
8 20 8 20 8 20 8 20
Hora do dia
38,0
40,0
REM
Não REM2
Não REM1
Estado
V
ig
íli
a
36,0
38,0
40,0
REM
Não REM2
Não REM1
Estado
V
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tu
ra
 (
°C
)
T
em
pe
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 (
°C
)
8 20 8
 FIGURA 19.25
O núcleo supraquiasmático e os ritmos circadianos. (a) Macacos-esquilo normais, manti-
dos em um ambiente constantemente iluminado, exibem ritmos circadianos de aproximada-
mente 25,5 horas. O gráfico mostra os estágios de vigília e de sono e as variações simultâne-
as na temperatura corporal. Os estados de atividade dos animais são definidos como vigília, 
dois níveis de sono não REM (não REM1 ou não REM2), ou sono REM. (b) Os ritmos circadia-
nos são abolidos em macacos que tiveram lesões em ambos os NSQ e foram mantidos em 
ambiente com luz constante. Observe que lesões do NSQ resultam em ritmos persistentes de 
alta frequência, tanto dos estados de atividade quanto da temperatura. (Fonte: adaptada de 
Edgar et al., 1993, Figs. 1, 3.) 
PARTE III O Encéfalo e o Comportamento678
Pelo fato de o comportamento estar normalmente sincronizado com ciclos 
claro-escuro, deve haver também um mecanismo fotossensível para regular o 
relógio encefálico. O NSQ realiza este acoplamento via tracto retino-hipotalâ-
mico: os axônios de células ganglionares na retina estabelecem sinapses direta-
mente com