Ricerche

Quando ci addormentiamo, il nostro cervello non è semplicemente scollegato, ma è occupato ad organizzare nuovi ricordi; e ora, degli scienziati hanno avuto una idea del processo.

Il 5 maggio dei ricercatori hanno descritto sulla rivista Cell Reports la prima prova diretta che il cervello umano ripete le esperienze della veglia durante il sonno, che hanno visto in due partecipanti con matrici di microelettrodi intracorticali collocati nel cervello, nell'ambito di una sperimentazione clinica pilota su una interfaccia cervello-computer.

Durante il sonno, il cervello riproduce modelli di accensione neurali sperimentati durante la veglia, un processo chiamato anche 'riproduzione offline'. Si pensa che la riproduzione sia alla base del consolidamento della memoria, per il quale i ricordi recenti diventano più permanenti nella loro rappresentazione neurale.

Gli scienziati avevano osservato in precedenza la riproduzione negli animali, ma lo studio guidato da Jean-Baptiste Eichenlaub (del Massachusetts General Hospital) e da Beata Jarosiewicz (ex prof.ssa assistente di ricerca del BrainGate, ed ora scienziata senior di ricerca del NeuroPace), ha chiarito che il fenomeno avviene anche nel cervello umano.

Il team ha chiesto ai due partecipanti di fare un pisolino prima e dopo la riproduzione di un gioco di copia-sequenza, che è simile al gioco Simon degli anni '80. Il videogioco aveva quattro pannelli di colore che si illuminavano in sequenze diverse, che i giocatori dovevano ripetere.

Ma invece di muovere le braccia, i partecipanti hanno eseguito il gioco con la loro mente, immaginando di spostare il cursore con le mani su diversi bersagli, uno per uno, colpendo i colori corretti nel giusto ordine il più rapidamente possibile.

Mentre i partecipanti riposavano, eseguivano il gioco, e poi riposavano di nuovo, i ricercatori hanno registrato l'impennata dell'attività di grandi gruppi di singoli neuroni nel cervello attraverso una matrice multi-elettrodi impiantata.

"Non ci sono molti scenari in cui una persona avrebbe una matrice multi-elettrodi piazzata nel cervello, con elettrodi piccoli abbastanza da essere in grado di rilevare l'attività di accensione dei singoli neuroni", dice la prima coautrice Jarosiewicz.

Gli elettrodi approvati per indicazioni mediche, come quelli per il trattamento di epilessie o del Parkinson, sono troppo grandi per monitorare l'attività di picco di singoli neuroni. Ma la matrice di elettrodi usati negli studi clinici pilota del BrainGate sono i primi a consentire tali registrazioni neurali dettagliate nel cervello umano. "Ecco perché questo studio è senza precedenti", ha detto.

Il BrainGate è un consorzio di ricerca accademica che spazia dalla Brown University, al Massachusetts General Hospital, alla Case Western Reserve University e alla Stanford University. I ricercatori del BrainGate stanno lavorando per sviluppare interfacce cervello-computer impiantate cronicamente, per aiutare le persone con disabilità motorie gravi a riguadagnare comunicazione e controllo, usando i loro segnali cerebrali per muovere cursori di computer, bracci robotici, e altri dispositivi di assistenza.

In questo studio, il team ha osservato gli stessi schemi di accensione neuronali sia durante il periodo di gioco che il periodo di riposo post-partita. In altre parole, è come se i partecipanti avessero continuato a giocare a Simon dopo essersi addormentati, riproducendo gli stessi modelli nel loro cervello a livello neuronale. I risultati hanno fornito la prova diretta della riproduzione relativa all'apprendimento nel cervello umano.

"Questa è la prima prova diretta che anche negli esseri umani, vediamo la riproduzione durante il riposo dopo l'apprendimento, che potrebbe aiutare a consolidare la forza di quei ricordi", ha detto la Jarosiewicz. "Tutti i meccanismi di consolidamento della memoria relativa alla riproduzione che abbiamo studiato negli animali per tutti questi decenni potrebbe realmente essere generalizzata anche agli esseri umani".

I risultati aprono anche altre domande e argomenti di studio futuri per comprendere il meccanismo sottostante con cui la riproduzione consente il consolidamento della memoria. Il passo successivo è trovare le prove che la riproduzione ha in realtà un ruolo causale nel processo di consolidamento della memoria. Un modo per farlo sarebbe quello di verificare se c'è una relazione tra la forza della riproduzione e la forza del richiamo della memoria post-sonno.

Anche se gli scienziati non comprendono appieno come funziona l'apprendimento e il consolidamento della memoria, una cascata di studi su animali e umani ha dimostrato che il sonno ha un ruolo fondamentale.

Una buona notte di sonno "prima di un test e prima di interviste importanti" è utile per avere buone prestazioni cognitive, ha detto la Jarosiewicz. "Abbiamo una buona evidenza scientifica che il sonno è molto importante in questi processi".