Durante la veglia tranquilla, l’attività cerebrale nei topi suggerisce che gli animali stanno sognando ad occhi aperti un’immagine recente. Sognare ad occhi aperti su un’immagine vista di recente ha predetto come il cervello avrebbe risposto all’immagine in futuro. I risultati forniscono un indizio che i sogni ad occhi aperti possono svolgere un ruolo nella plasticità cerebrale.

 

 

Sei seduto in silenzio e all’improvviso il tuo cervello si sintonizza sul mondo e vaga verso qualcosa di completamente diverso, forse un’esperienza recente o un vecchio ricordo. Hai appena fatto un sogno ad occhi aperti.

Eppure, nonostante l’ubiquità di questa esperienza, ciò che accade nel cervello mentre si sogna ad occhi aperti è una domanda che è in gran parte sfuggita ai neuroscienziati.

Ora, uno studio sui topi, pubblicato il 13 dicembre su Nature, ha portato un team guidato da ricercatori della Harvard Medical School un passo più vicino a capirlo.

I ricercatori hanno monitorato l’attività dei neuroni nella corteccia visiva del cervello dei topi mentre gli animali rimanevano in uno stato di veglia tranquilla.

Hanno scoperto che occasionalmente questi neuroni si attivavano in uno schema simile a quello che si verificava quando un topo guardava un’immagine reale, suggerendo che il topo stava pensando – o sognando ad occhi aperti – sull’immagine.

Inoltre, i modelli di attività durante i primi sogni ad occhi aperti di un topo del giorno predicevano come la risposta del cervello all’immagine sarebbe cambiata nel tempo.

La ricerca fornisce prove allettanti, anche se preliminari, che i sogni ad occhi aperti possono modellare la risposta futura del cervello a ciò che vede.

Questa relazione causale deve essere confermata in ulteriori ricerche, ha avvertito il team, ma i risultati offrono un indizio intrigante sul fatto che i sogni ad occhi aperti durante la veglia tranquilla possono svolgere un ruolo nella plasticità cerebrale, la capacità del cervello di rimodellarsi in risposta a nuove esperienze.

“Volevamo sapere come questo processo di sogno ad occhi aperti si verificasse a livello neurobiologico e se questi momenti di riflessione tranquilla potessero essere importanti per l’apprendimento e la memoria”, ha detto l’autore principale Nghia Nguyen, dottorando in neurobiologia presso il Blavatnik Institute dell’HMS.

Una regione del cervello trascurata

Gli scienziati hanno dedicato molto tempo a studiare il modo in cui i neuroni riproducono gli eventi passati per formare ricordi e mappare l’ambiente fisico nell’ippocampo, una regione del cervello a forma di cavalluccio marino che svolge un ruolo chiave nella memoria e nella navigazione spaziale.

Al contrario, ci sono state poche ricerche sulla riproduzione dei neuroni in altre regioni del cervello, compresa la corteccia visiva. Tali sforzi fornirebbero preziose informazioni su come si formano i ricordi visivi.

“Il mio laboratorio si è interessato alla possibilità di registrare da un numero sufficiente di neuroni nella corteccia visiva per capire cosa sta ricordando esattamente il topo e quindi collegare tali informazioni alla plasticità cerebrale”, ha detto l’autore senior Mark Andermann, professore di medicina presso il Beth Israel Deaconess Medical Center e professore di neurobiologia presso l’HMS.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno ripetutamente mostrato ai topi una delle due immagini, ciascuna costituita da un diverso motivo a scacchiera di quadrati bianchi e neri grigi e screziati.

Tra un’immagine e l’altra, i topi hanno trascorso un minuto a guardare uno schermo grigio. Il team ha registrato simultaneamente l’attività di circa 7.000 neuroni nella corteccia visiva.

I ricercatori hanno scoperto che quando un topo guardava un’immagine, i neuroni si attivavano in uno schema specifico e i modelli erano abbastanza diversi da distinguere l’immagine uno dall’immagine due.

Ancora più importante, quando un topo guardava lo schermo grigio tra le immagini, i neuroni a volte si attivavano in uno schema simile, ma non identico, come quando il topo guardava l’immagine, un segno che stava sognando ad occhi aperti l’immagine.

Questi sogni ad occhi aperti si verificavano solo quando i topi erano rilassati, caratterizzati da un comportamento calmo e pupille piccole.

Non sorprende che i topi abbiano sognato ad occhi aperti di più sull’immagine più recente e hanno avuto più sogni ad occhi aperti all’inizio della giornata che alla fine, quando avevano già visto ogni immagine dozzine di volte.

Ma ciò che i ricercatori hanno scoperto dopo è stato del tutto inaspettato.

Nel corso della giornata, e nel corso dei giorni, i modelli di attività osservati quando i topi hanno guardato le immagini sono cambiati, ciò che i neuroscienziati chiamano “deriva rappresentazionale”.

Eppure questa deriva non è stata casuale. Nel corso del tempo, i modelli associati alle immagini sono diventati ancora più diversi l’uno dall’altro, fino a coinvolgere ciascuno un insieme quasi completamente separato di neuroni.

In particolare, il modello visto durante i primi sogni ad occhi aperti di un topo su un’immagine prediceva cosa sarebbe diventato il modello quando il topo avrebbe guardato l’immagine in seguito.

“C’è una deriva nel modo in cui il cervello risponde alla stessa immagine nel tempo, e questi primi sogni ad occhi aperti possono prevedere dove sta andando la deriva”, ha detto Andermann.

Infine, i ricercatori hanno scoperto che i sogni ad occhi aperti della corteccia visiva si verificavano contemporaneamente all’attività di riproduzione nell’ippocampo, suggerendo che le due regioni del cervello stavano comunicando durante questi sogni ad occhi aperti.

Sedersi e sognare ad occhi aperti

Sulla base dei risultati dello studio, i ricercatori sospettano che questi sogni ad occhi aperti possano essere attivamente coinvolti nella plasticità cerebrale.

“Quando si vedono molte volte due immagini diverse, diventa importante discriminarle. I nostri risultati suggeriscono che sognare ad occhi aperti può guidare questo processo allontanando i modelli neurali associati alle due immagini l’uno dall’altro”, ha detto Nguyen, sottolineando che questa relazione deve essere confermata.

Nguyen ha aggiunto che imparare a distinguere tra le immagini dovrebbe aiutare il mouse a rispondere a ciascuna immagine con maggiore specificità in futuro.

Queste osservazioni sono in linea con un crescente numero di prove nei roditori e negli esseri umani che l’ingresso in uno stato di veglia tranquilla dopo un’esperienza può migliorare l’apprendimento e la memoria.

Successivamente, i ricercatori hanno in programma di utilizzare i loro strumenti di imaging per visualizzare le connessioni tra i singoli neuroni nella corteccia visiva e per esaminare come queste connessioni cambiano quando il cervello “vede” un’immagine.

“Stavamo inseguendo questo 99% di attività cerebrale inesplorata e abbiamo scoperto che c’è così tanta ricchezza nella corteccia visiva di cui nessuno sapeva nulla”, ha detto Andermann.

Se i sogni ad occhi aperti nelle persone coinvolgano modelli di attività simili nella corteccia visiva è una questione aperta e la risposta richiederà ulteriori esperimenti. Tuttavia, ci sono prove preliminari che un processo analogo si verifica negli esseri umani quando richiamano immagini visive.

Randy Buckner, professore di psicologia e neuroscienze presso l’Università di Harvard, ha dimostrato che l’attività cerebrale nella corteccia visiva aumenta quando alle persone viene chiesto di ricordare un’immagine in dettaglio. Altri studi hanno registrato raffiche di attività elettrica nella corteccia visiva e nell’ippocampo durante tale richiamo.

Per i ricercatori, i risultati del loro studio e di altri suggeriscono che potrebbe essere importante fare spazio a momenti di veglia silenziosa che portano a sogni ad occhi aperti.

Per un topo, questo può significare prendersi una pausa dal guardare una serie di immagini e, per un essere umano, questo potrebbe significare prendersi una pausa dallo scorrimento su uno smartphone.

“Siamo abbastanza fiduciosi che se non ti concedi mai alcun tempo di inattività da sveglio, non avrai così tanti di questi eventi di sogno ad occhi aperti, che possono essere importanti per la plasticità cerebrale”, ha detto Andermann.