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Sonno: come il cervello si sbarazza di spazzatura, rafforza memorie e ricabla i circuiti

Mentre dormiamo, l’ippocampo si riattiva spontaneamente generando attività simili a quelle mentre siamo svegli. Invia informazioni alla corteccia, che reagisce a sua volta. Questo scambio è spesso seguito da un periodo di silenzio chiamato “onda delta”, quindi da attività ritmica chiamata “fuso del sonno”. Questo è quando i circuiti corticali si riorganizzano per formare memorie stabili. Tuttavia, il ruolo delle onde delta nella formazione di nuovi ricordi è ancora un enigma: perché un periodo di silenzio interrompe la sequenza di scambi di informazioni tra l’ippocampo e la corteccia e la riorganizzazione funzionale della corteccia? Gli scienziati del Center for Interdisciplinary Research in Biology (CNRS / Collège de France / INSERM) hanno dimostrato che le onde delta emesse durante il sonno non sono periodi generalizzati di silenzio durante i quali riposa la corteccia, come è stato descritto per decenni nella letteratura scientifica. Invece, isolano gruppi di neuroni che svolgono un ruolo essenziale nella formazione della memoria a lungo termine. Questi risultati sono stati pubblicati il ​​18 ottobre 2019 sulla famosa rivista Science. Gli autori qui hanno esaminato più da vicino cosa succede durante le stesse onde delta.

Hanno scoperto, sorprendentemente, che la corteccia non è del tutto silenziosa ma che alcuni neuroni rimangono attivi e formano assiemi, ovvero piccoli insiemi coattivi che codificano le informazioni. Questa osservazione inaspettata suggerisce che il piccolo numero di neuroni che si attivano quando tutti gli altri rimangono in silenzio possono eseguire calcoli importanti mentre sono protetti da possibili disturbi. E le scoperte di questo lavoro vanno ancora oltre! Le riattivazioni spontanee dell’ippocampo determinano quali neuroni corticali rimangono attivi durante le onde delta e rivelano la trasmissione di informazioni tra le due strutture cerebrali. Inoltre, le assemblee attivate durante le onde delta sono formate da neuroni che hanno partecipato all’apprendimento di un compito di memoria spaziale durante il giorno. Insieme, questi elementi suggeriscono che questi processi sono coinvolti nel consolidamento della memoria. Per dimostrarlo, nei ratti gli scienziati hanno causato onde delta artificiali per isolare i neuroni associati alle riattivazioni nell’ippocampo o i neuroni casuali. Risultato: quando i neuroni giusti sono stati isolati, i ratti sono riusciti a stabilizzare i loro ricordi e riescono al test spaziale il giorno successivo.

Questi risultati cambiano sostanzialmente il modo in cui comprendiamo la corteccia. Le onde delta sono quindi un mezzo per isolare selettivamente assiemi di neuroni scelti, che inviano informazioni cruciali tra i periodi di dialogo ippocampo-corticale e la riorganizzazione dei circuiti corticali, per formare memorie a lungo termine. Quindi la scienza ci dice che molte cose buone accadono nel nostro cervello mentre dormiamo – l’apprendimento e i ricordi si consolidano e lo spreco viene rimosso, tra le altre cose. Una nuova ricerca mostra per la prima volta che importanti cellule immunitarie chiamate microglia – che svolgono un ruolo importante nella riorganizzazione delle connessioni tra le cellule nervose, nella lotta alle infezioni e nella riparazione dei danni – sono attive principalmente durante il sonno. È stato in gran parte ipotizzato che il movimento dinamico dei processi microgliali non sia sensibile allo stato comportamentale dell’animale. Questa ricerca, condotta dallo scienziato dell’Università di Rochester, mostra che i segnali nel nostro cervello che modulano il sonno e lo stato di veglia agiscono anche come un interruttore, che accende e spegne il sistema immunitario.

Le microglia servono come primi soccorritori del cervello, pattugliano il cervello e il midollo spinale e si attivano per eliminare le infezioni o divorare i detriti dal tessuto cellulare morto. È solo di recente che Majewska e altri hanno dimostrato che anche queste cellule svolgono un ruolo importante nella plasticità, il processo in corso attraverso il quale le complesse reti e connessioni tra i neuroni vengono cablate e ricablate durante lo sviluppo e per supportare l’apprendimento, la memoria, la cognizione e il motore funzione. In studi precedenti, il team ha mostrato come la microglia interagisce con le sinapsi, la giuntura in cui gli assoni di un neurone si connettono e comunicano con i suoi vicini. La microglia aiuta a mantenere la salute e la funzione delle sinapsi e delle potature tra le cellule nervose quando non sono più necessarie per le funzioni cerebrali. L’attuale studio indica il ruolo della noradrenalina, un neurotrasmettitore che segnala l’eccitazione e lo stress nel sistema nervoso centrale. Questa sostanza chimica è presente a bassi livelli nel cervello mentre dormiamo, ma quando la produzione aumenta, eccita le nostre cellule nervose, facendoci svegliare e metterci in allerta.

Lo studio ha dimostrato che la noradrenalina agisce anche su uno specifico recettore, il recettore adrenergico beta2, che viene espresso ad alti livelli nella microglia. Quando questo neurotrasmettitore è presente nel cervello, la microglia scivola in una sorta di letargo. Attraverso una tecnologia di imaging avanzata che consente di osservare l’attività nel cervello vivente, il team ha dimostrato che quando i topi erano esposti a livelli elevati di noradrenalina, le microglia si rendevano inattive e non erano in grado di rispondere alle lesioni locali e si ritiravano dal loro ruolo nel ricablaggio del cervello reti. Questo lavoro suggerisce che il rimodellamento potenziato dei circuiti neurali e la riparazione delle lesioni durante il sonno possono essere mediati in parte dalla capacità delle microglia di interagire dinamicamente con il cervello. Secondo il team, la ricerca rafforza l’importante relazione tra sonno e salute del cervello e potrebbe aiutare a spiegare la relazione stabilita tra disturbi del sonno e l’insorgenza di condizioni neurodegenerative come l’Alzheimer e il Parkinson, le malattie della plasticità cerebrale come i disturbi dello spettro autistico e la schizofrenia o capacità del cervello di riparare i danni causati da ictus o lesioni traumatiche.

  • A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

Todorova R, Zugaro M. Science. 2019 Oct 18;366(6463):377-381.

Jameie SB et al. Sadeghi Y. J Chem Neuroanat. 2019; 100:101656.

Wake H et al. Nabekura J. Methods Mol Biol. 2019; 2034:69-80.

Choudhury ME, Miyanishi K et al., Tanaka J. Glia. 2019 Aug 19. 

Dott. Gianfrancesco Cormaci
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry residency in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Guardia medica presso strutture private dal 2010 - Detentore di un brevetto sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento immunologicamente neutralizzata (owner of a patent concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di un libro riguardante la salute e l'alimentazione, con approfondimenti su come questa condizioni tutti i sistemi corporei. - Autore di articoli su informazione medica, salute e benessere sui siti web salutesicilia.com e medicomunicare.it

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