Per alcuni animali è la norma: i delfini, per esempio, dormono con un solo emisfero cerebrale alla volta, mantenendo l’altro sveglio e vigile. Ma “dormire a metà”, o in generale sviluppare il sonno solo in una parte del cervello, non sembrava possibile. Fino a quando un gruppo di ricercatori dell’Università del Wisconsin-Madison, tra cui l’italiana Chiara Cirelli, non ha compiuto qualcosa di inedito: indurre artificialmente gli effetti rigeneranti del sonno in piccole porzioni del cervello di topi svegli, lasciando il resto del cervello pienamente attivo. Lo studio è stato pubblicato su Nature Neuroscience.
Cosa è il sonno locale
Il punto di partenza è un’osservazione fatta dallo stesso gruppo di ricerca negli anni passati: nei cervelli privati del sonno compaiono spontaneamente, in piccole aree localizzate, brevi episodi di attività simile al sonno Non-REM (lo stadio in tre fasi che è essenziale per il recupero fisico, la riparazione dei tessuti e il consolidamento della memoria a breve termine). Questo fenomeno di “sonno locale” è stato osservato sia nei ratti sia negli esseri umani. Il problema è che questi episodi spontanei sono troppo brevi e irregolari per essere davvero utili al cervello, che durante il sonno si “ripulisce” dagli elementi considerati superflui, per così dire, e in alcuni casi possono addirittura disturbare le prestazioni cognitive, se capitano nel posto sbagliato al momento sbagliato. La domanda dei ricercatori era allora: cosa succederebbe se si inducesse un sonno locale sistematico, prolungato e mirato?
Il cervello durante il sonno
Circa l’80% del sonno negli adulti è occupato dalla fase Non-REM, quella – come accennato sopra – in cui il cervello compie un’operazione di manutenzione straordinaria delle sinapsi, le giunzioni tra neuroni che permettono di formare i ricordi. In questa fase il cervello seleziona quali connessioni rafforzare per la memoria a lungo termine, quali eliminare perché ridondanti, e libera spazio per apprendere cose nuove. Un segnale caratteristico di questa fase è la cosiddetta attività a onde lente: scariche ritmiche di neuroni che si attivano e si disattivano continuamente, alternando periodi “on” e periodi “off” ogni poche centinaia di millisecondi.
L’esperimento: sonno forzato, zona per zona
Nella ricerca, i ricercatori guidati da Cirelli hanno usato l’optogenetica — una combinazione di impulsi luminosi e modifiche genetiche — per riprodurre artificialmente, di topi privati del sonno, il ritmo on/off tipico dello stadio Non-REM in una sola metà del cervello, per trenta minuti consecutivi. I risultati mostrano che dopo la stimolazione, nelle aree trattate l’attività a onde lente durante il sonno successivo era ridotta: quelle regioni del cervello non avevano più bisogno di recuperare. Soprattutto, i topi stimolati in entrambe le regioni motorie e sensoriali hanno superato un test di memoria tattile con prestazioni simili a quelle dei topi riposati. I topi non stimolati hanno invece mostrato un calo significativo nell’esecuzione di compiti.
La firma molecolare del sonno
A confermare questi risultati ci sono i dati biologici ottenuti analizzando la chimica del cervello a livello microscopico. Nei topi in cui i ricercatori avevano indotto artificialmente l’attività di “on/off” tipica del sonno, l’emisfero cerebrale stimolato mostrava una drastica riduzione dei recettori AMPA e della loro forma fosforilata. I recettori AMPA sono particolari proteine posizionate sulla superficie dei neuroni che agiscono come delle piccole antenne: il loro compito è ricevere i segnali chimici dalle altre cellule, e il loro numero indica quanto una connessione tra neuroni, detta sinapsi eccitatoria, sia forte e potente. La forma fosforilata rappresenta invece la versione “accesa” e attiva di queste antenne. Trovare meno recettori e meno interruttori chimici accesi significa quindi che le connessioni tra i neuroni si erano fortemente indebolite.
Le sinapsi dell’emisfero addormentato artificialmente si erano dunque riequilibrate e liberate dal sovraccarico di informazioni accumulato durante il giorno, completando il loro fondamentale lavoro di riposo biologico esattamente come se il topo avesse dormito un’intera notte, sebbene il resto del suo cervello fosse rimasto sveglio e attivo.
L’importanza del ritmo
I ricercatori hanno provato a ottenere lo stesso effetto semplicemente silenziando i neuroni in modo continuo, senza il ritmo on/off. Risultato: nessun effetto né sul sonno successivo né sulle sinapsi. Non è dunque il silenzio neuronale in sé a fare la differenza, bensì il pattern alternato, il ritmo di accensione e spegnimento che caratterizza il sonno Non-REM. “Il nostro obiettivo – spiega Cirelli – era quello di forzare il sonno in una regione locale del cervello: mentre quella parte consolida i ricordi e ripristina la capacità di apprendimento, le altre restano vigili e in contatto con l’ambiente”.
Dai topi agli umani
Per ora si tratta di ricerca su modelli animali, e serviranno altre ricerche per avere delle applicazioni cliniche sulla specie umana. Il prossimo obiettivo, aggiunge però Cirelli, sarà quello di verificare se effetti simili si possano ottenere negli esseri umani con la stimolazione transcranica, una tecnica non invasiva.
“Questa ricerca – conclude Amy Bany Adams del National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) americano, che ha finanziato lo studio – ci aiuta a decodificare ulteriormente perché dormiamo e come impariamo. E in futuro ci consentirà di capire come prevenire e trattare meglio il declino cognitivo”.
Immagine generata con Gemini AI
