Il processo
che distingue la percezione nel sonno da quella cosciente
GIOVANNI ROSSI
NOTE E
NOTIZIE - Anno XIX – 24 settembre 2022.
Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale
di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie
o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione
“note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati
fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui
argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione
Scientifica della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
È nozione
elementare che durante il sonno gli stimoli sensoriali per poter essere rilevati
coscientemente debbano avere un’intensità tale da superare la soglia tipica
degli stati REM e NREM; è noto, infatti, che ciascuno stimolo percorre sia una
via oligosinaptica di senso specifica, ovvero visiva, acustica, tattile, sia
una via multisinaptica che, attraverso la formazione reticolare, attiva la
corteccia cerebrale, in questo caso risvegliandola, così che possa elaborare adeguatamente
lo stimolo. È noto anche che percezioni sotto-soglia durante il sonno, ossia
non in grado di risvegliare la persona addormentata, possono talvolta generare
informazione all’interno delle reti cerebrali, influenzando i contenuti dei
sogni. Da oltre mezzo secolo si studia la possibilità di influire durante il
sonno sull’apprendimento semantico attraverso la percezione acustica
sotto-soglia di registrazioni verbali, per riuscire a comprendere quale sia il
rapporto tra una recezione verbo-acustica nel sonno di parole, frasi e testi, e
la reale formazione di una memoria semantica a disposizione dell’intelligenza
del soggetto.
In altri termini,
si conosce la differenza intuitiva e neurofisiologica generica tra recezione nel
sonno e percezione da svegli, ma non si conoscono differenze in termini di
meccanismi e processi che consentano di distinguere la rilevazione cerebrale del
segnale sotto la soglia di veglia dalla percezione tipica che avviene nel
soggetto sveglio. È certo che solo rarissimamente una percezione nel sonno
innesca una risposta comportamentale paragonabile a quelle che si hanno da
svegli, ma non si sa se il sonno sopprima un qualche particolare evento dell’elaborazione
sensoriale – come è stato ipotizzato – e in particolare se inibisca i processi
di feedforward o quelli di feedback nella segnalazione. Yuval Nir dell’Università di Tel Aviv, con Hanna Hayat e altri collaboratori, ha indagato questo problema in
pazienti volontari affetti da epilessia ai quali sono state somministrate varie
classi di stimoli acustici durante il sonno e la veglia, studiando le risposte
cerebrali mediante registrazione dei potenziali neuronici, rilievo dell’elettroencefalogramma
(EEG) intracranico e polisonnografia. Il risultato è molto significativo.
(Hayat H.,
et al., Reduced neural feedback signaling despite robust
neuron and gamma auditory responses during human sleep. Nature Neuroscience
25, 935-943, 2022).
La provenienza degli autori è la seguente: Department
of Physiology and Pharmacology, Sackler School of Medicine, Tel Aviv University,
Tel Aviv (Israele); Sagol
School of Neuroscience, Tel Aviv University, Tel Aviv (Israele);
Department of Anesthesiology and Critical Care Medicine, Faculty of Medicine, Hebrew
University of Jerusalem, Jerusalem (Israele); Functional
Neurosurgery Unit, Tel Aviv Sourasky Medical Center,
Tel Aviv (Israele); Sackler Faculty of Medicine, Tel
Aviv University, Tel Aviv (Israele); EEG and Epilepsy
Unit, Department of Neurology, Tel Aviv Sourasky
Medical Center, Tel Aviv (Israele); Department of
Neurosurgery, University of California at Los Angeles (UCLA), Los Angeles, CA (USA).
Trascorriamo dormendo circa un terzo della nostra vita
e ormai conosciamo bene l’importanza vitale della funzione del sonno, dopo
decenni di esperimenti di deprivazione che hanno dimostrato quali e quante
funzioni sono alterate da periodi protratti senza la possibilità di dormire. Se
il sonno è evidentemente una condizione ciclica di riposo per l’apparato
muscoloscheletrico e gli organi sensoriali esterocettivi, per il cervello è uno
stato funzionale altamente organizzato, generato dall’interazione
e dalle sinergie di numerosi elementi biologici, al centro dei quali c’è l’assetto
delle reti neuroniche dell’encefalo. Il sonno è caratterizzato dall’alternanza
di fasi REM e Non-REM: la fase REM, caratterizzata da sogni vividi nell’80-95%
del tempo, occupa approssimativamente il 25% della durata del sonno e, sebbene
caratterizzi solo uno dei 5 stadi canonici, costituisce il riferimento
principale in base al quale si denomina il “tipo” di sonno.
Il sonno è stato anche definito come uno stato
reversibile omeostaticamente regolato di ridotta responsività comportamentale a
stimoli ambientali.
Un’alta soglia di attivazione in risposta alla stimolazione
ambientale esterna è il criterio principale per definire il sonno, particolarmente
per specie animali diverse dai mammiferi, quali pesci o insetti nei quali il
sonno non può essere determinato mediante criteri elaborati in base a sistemi
di rilevazione oggettiva paragonabili all’EEG. Ma, per quanto riguarda il modo
in cui il sonno influisce sulla soglia e sui processi che determinano le
risposte sensoriali, si sa ancora poco.
Da una parte, è ragionevole ipotizzare l’attenuazione
della risposta a stimoli esterni da parte delle regioni sensoriali della
corteccia cerebrale durante il sonno, date le prove a sostegno di questo
fenomeno; ma, d’altra parte, altre linee di evidenza suggeriscono l’esistenza
di considerevoli risposte corticali durante il sonno, in quanto l’elaborazione
discriminativa persiste per stimoli rilevanti da un punto di vista comportamentale
o incongruenti in termini semantici[1],
così come nella riattivazione mirata di memoria per stimoli contestuali.
Inoltre, studi recenti hanno contraddetto l’ipotesi del “varco talamico” quale
livello di controllo che impedisce nel sonno la prosecuzione degli impulsi
sensoriali dal talamo alla corteccia cerebrale, come nel caso dell’anestesia
profonda.
Studi precedenti che hanno cercato di individuare il
processo responsabile della differenza tra percezione nel sonno e percezione
nella veglia mediante MEG, EEG e fMRI in volontari sono stati gravati da varie
limitazioni. Ad esempio, brevi stimolazioni durante il sonno evocano una grande
risposta stereotipa, ossia un’onda lenta spesso seguita da un fuso del sonno,
conosciuta come complesso “K”, che maschera le precise dinamiche e condiziona l’interpretazione
dei dati. Le risoluzioni spaziale e temporale di EEG e fMRI, rispettivamente, non
possono distinguere le fonti neuroniche delle risposte selettive uditive
precoci (minori di 150 ms) da quelle tardive (200-1000 ms) di tipo non
specifico, o determinare se il sonno interessa predominantemente l’elaborazione
a feedforward o a feedback.
Lo studio condotto da Yuval Nir, Hanna Hayat e colleghi è
stato progettato per superare questi limiti. I ricercatori israeliani hanno
impiegato stimoli uditivi, quali sequenze di click, parole e musica,
erogati durante il sonno e durante la veglia a pazienti epilettici volontari
per questa sperimentazione, mentre registravano l’attività a picchi neuronica,
i potenziali di campo locali microwire, l’elettroencefalogramma
intracranico e la polisonnografia classica.
Gli stimoli
uditivi hanno indotto un intenso e selettivo spiking,
ossia picchi di attività, così come risposte di alta potenza gamma (80-200
Hz) nel lobo temporale laterale, sia durante il sonno REM, sia durante
il sonno NREM. È interessante notare che il sonno attenuava solo moderatamente
la grandezza delle risposte, modificando prevalentemente le risposte tardive
al di là della corteccia acustica primaria, e la sincronizzazione con rapide
sequenze di click nel sonno NREM. In contrasto, era fortemente ridotta
nel sonno la desincronizzazione indotta da stimolo uditivo alfa-beta
(10-30 Hz, cioè potenza diminuita) prevalente nella veglia.
Dunque, estese
risposte uditive persistono durante il sonno, mentre la riduzione di potenza alfa-beta,
verosimilmente riflettendo processi di feedback neurale, è deficitaria.
Questi risultati
suggeriscono che la segnalazione a feedback costituisce l’elemento
chiave, discriminante e distintivo dell’elaborazione cosciente degli stimoli
sensoriali.
L’autore della nota ringrazia
la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle
recensioni di
argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito
(utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
Giovanni Rossi
BM&L-24 settembre
2022
________________________________________________________________________________
La Società Nazionale di Neuroscienze BM&L-Italia, affiliata alla International
Society of Neuroscience, è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di
Firenze, Ufficio Firenze 1, in data 16 gennaio 2003 con codice
fiscale 94098840484, come organizzazione scientifica e culturale non-profit.