Ricerche
Nuova ipotesi dice che il sonno è il prezzo dell'apprendimento
Railway advert travel humour, 1890 (Credit: British Library / Science Photo Library)Perché tipi diversi di animali, dal moscerino della frutta all'uomo, hanno bisogno di dormire?
Dopo tutto, il sonno ci isola dal nostro ambiente, ci mette a rischio e ci impedisce di cercare cibo o compagnia per gran parte della giornata.
Due importanti scienziati del sonno della Facoltà di Medicina e Sanità Pubblica dell'Università del Wisconsin dicono che la loro ipotesi di «omeostasi sinaptica del sonno» (SHY) sfida la teoria che il sonno rafforza le connessioni cerebrali.
L'ipotesi SHY, che prende in considerazione anni di evidenze da studi umani e animali, dice che il sonno è importante perché indebolisce (non rafforza) le connessioni tra le cellule cerebrali, per risparmiare energia, evitare lo stress cellulare, e mantenere la capacità dei neuroni di rispondere selettivamente agli stimoli.
"Il sonno è il prezzo che il cervello deve pagare per l'apprendimento e la memoria", dice il Dott. Giulio Tononi, del Center for Sleep and Consciousness della UW. "Durante la veglia, l'apprendimento rafforza le connessioni sinaptiche in tutto il cervello, aumentando il bisogno di energia e saturandolo di nuove informazioni. Il sonno permette al cervello di azzerare il materiale appena appreso, aiutandone l'integrazione con i ricordi consolidati, in modo che il cervello possa ricominciare il giorno dopo".
Tononi e il co-autore Dott. Chiara Cirelli, entrambi professori di psichiatria, spiegano la loro ipotesi in un articolo di revisione presente nel numero odierno della rivista Neuron. I loro laboratorio studia il sonno e la coscienza di animali che vanno dal moscerino della frutta all'uomo; la SHY tiene conto delle evidenze degli studi molecolari, elettrofisiologici e comportamentali, così come delle simulazioni al computer. L'«omeostasi sinaptica» si riferisce alla capacità del cervello di mantenere un equilibrio nella forza delle connessioni all'interno delle sue cellule nervose.
Perché il cervello deve resettarsi? Supponiamo che qualcuno abbia passato le ore di veglia ad apprendere una nuova abilità, come ad esempio andare in bicicletta. I circuiti coinvolti nell'apprendimento si sono notevolmente rafforzati, ma il giorno successivo il cervello deve prestare attenzione all'apprendimento di una nuova attività. Così, quei circuiti dell'andare in bcicletta avrebbero bisogno di essere smorzati in modo che non interferiscano con l'apprendimento del nuovo giorno.
"Il sonno aiuta il cervello a normalizzare la forza sinaptica sulla base di un campionamento completo delle sue conoscenze complessive dell'ambiente", dice Tononi, "piuttosto che essere sviato dagli input particolari di un giorno specifico di veglia".
La ragione per cui non dimentichiamo come andare in bici, anche dopo una notte di sonno, è perché quei circuiti attivi sono smorzati di meno di quelli che non erano stati coinvolti attivamente nell'apprendimento. Infatti, ci sono prove che il sonno migliori caratteristiche importanti della memoria, tra cui l'acquisizione, il consolidamento, l'estrazione del nocciolo, l'integrazione e l'«oblio intelligente», che permette al cervello di liberarsi dell'accumulo inevitabile di dettagli insignificanti.
Tuttavia, una convinzione comune è che il sonno aiuta la memoria rafforzando ulteriormente i circuiti neurali durante l'apprendimento nella veglia. Ma Tononi e Cirelli credono che il consolidamento e l'integrazione dei ricordi, così come il ripristino della capacità di apprendere, provengono tutti dalla capacità del sonno di diminuire la forza sinaptica e di rafforzare il rapporto segnale-rumore.
Anche se la revisione trova prove verificabili dell'ipotesi SHY, essa evidenzia anche le questioni aperte. Una domanda è se il cervello possa raggiungere l'omeostasi sinaptica durante la veglia, quando ci sono solo alcuni circuiti impegnati ed il resto non è in linea, e quindi che si resettano da soli.
Altre aree di ricerca futura comprendono la funzione specifica del sonno REM (quando avviene la maggior parte dei sogni) ed il ruolo forse cruciale del sonno durante lo sviluppo, un periodo di intenso apprendimento e di massiccio rimodellamento del cervello.
Questo lavoro è stato finanziato dal National Institute of Mental Health.
Fonte: University of Wisconsin-Madison, via Newswise.
Riferimenti: Giulio Tononi, Chiara Cirelli. Sleep and the Price of Plasticity: From Synaptic and Cellular Homeostasis to Memory Consolidation and Integration. Neuron, 2014; 81 (1): 12 DOI: 10.1016/j.neuron.2013.12.025
Pubblicato in newswise.com (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
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