Meglio dormirci su

 

ResearchBlogging.orgDeframmentare è un’operazione informatica che serve per mettere ordine ai file allocati disordinatamente nella memoria del vostro pc. Alcuni scienziati di Stanford ritengono che durante il sonno, nell’uomo, accada qualcosa di simile. Una archiviazione di informazioni che produca più spazio nelle segrete stanze del cervello. Le ricerche precedenti hanno già messo in luce che uno dei ruoli principali del sonno consiste nel consolidare ed ottimizzare la plasticità sinaptica, maggiore rappresentante dell’apprendimento in memoria delle esperienze compiute da svegli.

Quando il ricercatore studia l’attività del sonno utilizza alcuni strumenti specifici: un elettroencefalogramma (EEG) che registra l’attività elettrica globale del cervello, un elettroculogramma (EOG) per i movimenti dell’occhio (per identificare l’attività onirica) e un elettromiogramma (EMG) che registra il tono muscolare. Fondamentalmente i dati estratti da questi strumenti hanno consentito di illustrare l’esistenza di due grandi fasi del sonno: quello a onde lente sincronizzate e ad alto voltaggio, cioè il sonno profondo (NREM) e quello a onde a basso voltaggio, desincronizzate, in cui si manifestano movimenti rapidi degli occhi, la paralisi dei muscoli, segnali che testimoniano la presenza di sogni (REM), condizione molto simile a quando siamo svegli da un punto di vista elettroencefalografico.

A questi criteri è importante aggiungere: la reversibilità cioè il risveglio (quanto non accade nel coma) e l’incremento della soglia di attenzione (cioè serve uno stimolo molto forte per svegliare e destare l’attenzione del dormiente). Nuclei cerebrali, circuiti e geni sono coinvolti nella regolazione del ciclo sonno-veglia. Ma la comprensione del ruolo del sonno ancora non è del tutto verificata e a riguardo c’è una ipotesi esplicativa “tradizionale” sul sonno: l’effetto “ristorativo” importante  per la performance cognitiva da svegli.

Invece le ricerche attuali indicano un ruolo più attivo nel sonno soprattutto per quanto riguarda la memoria. L’attività REM, il sognare, nelle prime ricerche era il primo sospettato implicato nella formazione della memoria. Ma le ultime ricerche invertono l’ordine di importanza indicando nel sonno profondo a onde lente (NREM) il ruolo principale nei processi di immagazzinamento di memoria. Infatti la deprivazione di questo stadio del sonno comporta un danneggiamento nella formazione  e nel recupero dei ricordi. Sebbene nel complesso il ciclo sonno non rem (NREM) e sonno rem sia fondamentale per ottimizzare l’immagazzinamento di ogni tipo di memoria, anziché la durata di ciascuno stadio.

In questo studio che ho letto, il sonno sembra avere il ruolo chiave su tre processi strettamente connessi: l’apprendimento, la memoria e il consolidamento della plasticità neuronale. Soprattutto sono studiate  due principali teorie in questa ottica di conservazione di “memoria sinaptica”: l’ipotesi della “ripetizione” (replay hypotesis) mnestica neurochimica e l’ipotesi omeostatica sinaptica (synaptic homeostasis hypotesis).

Sembra che nella prima ipotesi il meccanismo che facilita il consolidamento della memoria sia la ripetizione delle tracce mnestiche neurochimiche nell’ippocampo e in specifici circuiti neuronali: cioè schemi (patterns) di depolarizzazione (neuroni che sparano attività elettrochimica) durante la veglia possono essere ripetuti durante il sonno NREM e qualche volta anche durante il REM, nei primi 15/30 minuti di sonno, testimoniando un consolidamento delle tracce di informazioni apprese (memorizzate).

La seconda ipotesi (omeostatica) d’altra parte fa leva su un discorso di riduzione dell’attività sinaptica, cioè specifici meccanismi permettono una efficace memorizzazione tramite un dosaggio a ribasso (downscale) delle neurotrasmissioni delle sinapsi coinvolte per compensare l’incremento di attività e di crescita delle stesse durante la veglia. Vale a dire: la veglia causa un potenziamento dei circuiti neuronali in tutto il cervello che va a decrescere nell’attività più morbida delle onde lente durante il sonno NREM. In questo caso i ricercatori fanno ricorso tra l’altro all’ipotesi del potenziamento a lungo termine (LPT), cioè l’incremento di densità e voltaggio sinaptico attivo durante l’esplorazione di un ambiente ricco come può esserlo quando siamo svegli che si riduce quando si dorme il sonno profondo.

Gli autori in sostanza articolano il discorso intorno ad una immagine chiara e piuttosto semplice: quando siamo svegli affrontiamo diverse esperienze e le confezioniamo come in fotografia per poterle ricordare. In questo caso è implicato un processo di potenziamento a lungo termine ( long-term potentiation), un processo che intensifica la trasmissione sinaptica e che rinforza le nuove connessioni in via di formazione (plasticità. apprendimento e memoria). Il problema del potenziamento risiede nel fatto che prima o poi arriva ad un limite: la formazione e il rinforzamento del network di sinapsi deve essere modulato soprattutto nelle sinapsi in cui vi è il glutammato, un neurotrasmettitore del sistema nervoso che in dosi eccessive è tossico.

Ecco che durante il sonno i livelli di glutammato vengono ridotti per salvaguardare l’integrità nervosa sinaptica spiegando il motivo per cui la deprivazione di sonno  è rischiosa per la propria salute.

 

 

Le due ipotesi vanno convergendo, secondo i ricercatori, sia perché la ripetizione delle attività sinaptiche durante il sonno non fa che ripristinare e consolidare le tracce mnestiche codificate da svegli, sia perché la regolazione omeostatica del glutammato e dell’attività complessiva sinaptica tende a ripristinare una condizione meno satura rispetto all’attività da svegli. L’idea della deframmentazione risulta efficace ad illustrare due principi economici essenziali del sistema nervoso: conservazione delle memorie nuove senza perdere dati vecchi.

Dormire non è soltanto un momento ristorativo dopo una giornataccia vissuta tra lavoro e traffico metropolitano (…e incomprensioni sentimentali) per rigenerare energie a dispetto dell’entropia. Aggiungo tra l’altro che l’articolo non dice molto sulla fase REM del sonno, il sognare, anzi figura come una condizione non così essenziale per la memoria e l’apprendimento. Alcuni animali non sognano, altri dormono il sonno lento soltanto in un emisfero alla volta.

A me sembra che l’alternarsi di sonno profondo e sonno interrotto da sogni riproduca il perenne schema ciclico di ogni fenomeno complesso. Cambiamento e sosta. Quando ci addormentiamo riproduciamo l’analoga dinamica: riprendiamo a memorizzare nei primi 30 minuti per poi slittare in una attività omeostatica di ripristino. Ma dura un attimo che cominciamo a sognare. Appena si riduce l’attività (downscale) improvvisamente si sveglia qualcosa d’altro e sognamo.

Wang G, Grone B, Colas D, Appelbaum L, & Mourrain P (2011). Synaptic plasticity in sleep: learning, homeostasis and disease. Trends in neurosciences, 34 (9), 452-63 PMID: 21840068

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