La vita notturna del nostro cervello

 

Gran parte del funzionamento interno del cervello è ancora un mistero e ancora di più quando dormiamo.

 

Mentre riposiamo pacificamente di notte, i nostri cervelli rimangono al lavoro. Stanno elaborando gli eventi che abbiamo vissuto quel giorno e consolidandoli nella memoria, mentre contemporaneamente tengono traccia di ciò che sta accadendo intorno a noi, purificando le tossine e preparandoci per il giorno successivo.

Gran parte del funzionamento interno del cervello è ancora un mistero e ancora di più quando dormiamo.

Quanto elabora il cervello dal mondo esterno mentre dormiamo comodamente? Si scopre che i cervelli non sintonizzano mai completamente l’ambiente e creano sempre connessioni.

Diversi studi della National Science Foundation degli Stati Uniti hanno trovato diversi modi in cui il cervello elabora le informazioni mentre dormiamo.

Inoltre, questi percorsi di ricerca possono portare a modi per migliorare l’apprendimento e i trattamenti per alcune caratteristiche dei disturbi neurologici.

Gli scienziati dell’Università di Tel Aviv e dell’UCLA hanno utilizzato i suoni per esplorare come il sonno blocca i segnali sensoriali dal svegliarci raggiungendo la nostra consapevolezza cosciente.

I ricercatori hanno scoperto che quando riproducevano i suoni, i singoli neuroni nell’area del cervello responsabile dell’elaborazione uditiva precoce rispondevano quando i soggetti dormivano.

Tuttavia, la consueta segnalazione di feedback neurale associata al riconoscimento cosciente era assente.

“Stavamo osservando come i neuroni rispondono al suono esterno durante il sonno. Ciò che è un po’ sorprendente è che come un pezzo di Mozart, c’è una fedeltà nell’esecuzione. Penso che sia come se ogni musicista (il neurone) stesse suonando con grande fedeltà, ma il direttore dell’orchestra (la coscienza) non fosse presente. C’è un aspetto che manca che probabilmente si trova durante l’elaborazione consapevole delle informazioni”, ha spiegato il ricercatore dell’UCLA Dr. Izhak Fried, uno dei principali investigatori del progetto.

I loro risultati implicano che il cervello sta ancora elaborando le informazioni sensoriali quando dormi; Ma la vostra coscienza non ne è resa consapevole.

La mancanza di segnali di feedback dalla coscienza persa durante il sonno è la ragione per cui i rumori silenziosi o costanti non svegliano le persone.

Gli autori hanno modellato le interazioni tra due parti del cervello, il talamo (una struttura, soprannominata “la porta della coscienza”, che elabora i segnali di vista, udito, gusto e tatto prima che tu ne sia coscientemente consapevole) e la corteccia cerebrale (dove si verificano attenzione, percezione e cognizione) per testare come la memoria associativa si verifica durante il sonno.

Ricerche precedenti hanno trovato un processo chiamato sleep replay, in cui i neuroni coinvolti in compiti precedentemente appresi si attivano durante il sonno.

Questo nuovo modello ha esplorato come la memoria associativa sorge nella formazione della memoria durante la riproduzione del sonno.

Utilizzando questo modello, al cervello è stato mostrato che volti e nomi associati alle facce sono  consolidati nella memoria durante il sonno.

Se A e B sono facce e C è un nome associato a entrambe, il cervello fa un ulteriore passo avanti attivando tutti i neuroni relativi ad A, il che fa sì che i neuroni correlati a B vengano attivati e, quindi, anche i neuroni C.

Anche se A + C non è mai stato direttamente associato, il cervello ora li ha collegati. Comprendere questo processo può aiutare a migliorare la memoria relazionale, in particolare nelle persone con schizofrenia e disturbo dello spettro autistico, poiché questi e altri disturbi sono noti per causare problemi con la memoria associativa.

Mentre elabori costantemente tutto ciò che senti, vedi, senti, odori e gusti sia di giorno che di notte, il sonno è quando i ricordi che hai creato durante il giorno si consolidano e diventano più permanenti.

Tuttavia, il tuo cervello sta facendo molto di più che registrare ciò che hai vissuto durante il giorno; Sta anche facendo nuove connessioni di eventi correlati.

Le memorie relazionali sorgono quando vengono create associazioni che collegano eventi o attributi correlati (ad esempio, nomi con volti).

Maxim Bazhenov, professore di medicina, e Timothy Tadros, un recente dottorando del laboratorio di Bazhenov presso l’Università della California di San Diego, hanno pubblicato un articolo spiegando la loro modellazione teorica descrivendo i meccanismi che possono creare e rafforzare le memorie relazionali durante il sonno.

“Ogni volta che si vede lo stesso oggetto, all’incirca gli stessi neuroni nella corteccia visiva sarebbero attivi. Se una persona vede due oggetti nello stesso contesto, allora queste associazioni potrebbero essere apprese nella corteccia associativa rafforzando le connessioni tra i neuroni che rappresentano i due oggetti”, ha spiegato Tadros in un comunicato stampa.

“Abbiamo anche scoperto che la quantità di miglioramento dopo il sonno era correlata alla quantità di tempo che le eprsone trascorrono nel sonno ad onde lente”, ha spiegato Tadros.

Sulla base di questi risultati, il modello è stato progettato per imitare il sonno ad onde lente (il sonno più profondo e REM e una parte importante del consolidamento della memoria).

“La pratica rende perfetti” è un detto che atleti, musicisti o chiunque cerchi di perfezionare un certo movimento hanno sentito molte volte.

Tuttavia, la pratica potrebbe non essere l’unico elemento importante per migliorare le capacità motorie.

Uno studio della Northwestern University ha analizzato se i movimenti basati sull’esecuzione potrebbero essere migliorati durante il sonno.

I ricercatori hanno iniziato facendo associare ai partecipanti suoni specifici con l’attività elettrica di specifici movimenti del braccio praticando questi movimenti prima con segnali visivi e uditivi e poi solo con i segnali uditivi.

Ai partecipanti è stato quindi chiesto di fare un pisolino e i suoni – tra cui metà dei segnali uditivi – sono stati riprodotti una volta addormentati.

Riproducendo i suoni associati ai movimenti, i ricercatori stavano usando la riattivazione mirata della memoria, o TMR, per attivare i ricordi del movimento mentre i partecipanti dormivano.

I ricercatori hanno scoperto che c’era un netto miglioramento nella velocità e direttamente con cui i partecipanti rispondevano alla TMR dai segnali che sentivano mentre dormivano.

Mentre i segnali hanno assicurato la riattivazione di alcuni dei circuiti motori, il cervello attiverà naturalmente questi circuiti senza i segnali. Semplicemente non sarà alla stessa frequenza dei segnali.

Questa scoperta indica che il cervello gioca attraverso le capacità motorie durante il sonno, che agisce come ripetizione aggiuntiva delle componenti mentali dei movimenti.

Queste informazioni potrebbero essere utilizzate per aiutare i pazienti in terapia riabilitativa con disfunzione motoria a causa di lesioni neurologiche.

Chiaramente, il cervello è un organo straordinario. Mentre dormiamo per ripristinare la nostra energia e avere una mente più chiara,  è ancora attivo e analizza costantemente ciò che i nostri sensi gli dicono di ciò che ci circonda, creando e riproducendo connessioni tra le cose che abbiamo visto e vissuto durante il giorno. Questo non solo ci permette di ricordare cosa è successo ieri, ma anche di prepararci per domani.

 

Crediti: D. Gazzaley, R. Anguera Singla, R. Jain, T. Mullen, C. Kothe, J. Fesenko, O. Konings, M. Omernick, UCSF