La mancanza di sonno sta distruggendo silenziosamente la tua memoria, e anche recuperare il sonno non può risolvere il problema

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Già in epoca romana, il retore e maestro Quintiliano notò lo stretto legame tra sonno e memoria: “È un fatto curioso, la cui causa non è ovvia, che l’intervallo di una notte aumenta notevolmente la forza della memoria… Questo lasso di tempo, che di solito si ritiene causi l’oblio, in realtà rafforza la nostra memoria”.

Quasi tutti coloro che hanno sentito l'attività cerebrale di un animale mentre dorme non dimenticheranno mai lo shock di quel momento: dopo essere stati amplificati da un altoparlante, i ricercatori spesso sentono un violento e rapido suono di "bang" . Alcuni lo paragonerebbero a "una raffica di colpi d'arma da fuoco" o "a uno scoppio di fuochi d'artificio", mentre altri penserebbero che si sia trattato di un'esplosione da qualche parte.

In realtà, ciò che i ricercatori hanno udito erano segnali elettrici nel cervello, o onde cerebrali . Nel XX secolo, prima dell'avvento di tecnologie più avanzate di imaging e analisi dei dati, i ricercatori convertivano i segnali elettrici elaborati in segnali audio e si affidavano al suono per monitorare l'attività cerebrale degli animali in tempo reale.

Gran parte di questo monitoraggio avviene nei ratti. Durante la veglia, il cervello dei ratti emette vibrazioni costanti e ritmiche mentre esplorano nuovi ambienti. E quando i topi si addormentavano, il suono degli altoparlanti svegliava spesso i sonnolenti ricercatori umani che si trovavano da questa parte del dispositivo.

Sebbene le orecchie dei ricercatori non debbano più sopportare questa tortura, tali suoni riflettono in realtà direttamente le attività del cervello durante il sonno. Questo tipo di onda cerebrale è chiamata "onda acuta". Si tratta di un'ondata di onde cerebrali intense e ad alta frequenza (spesso tra 100 e 250 Hz) emesse dall'ippocampo del cervello.

Onde ondulate di diversa lunghezza (fonte immagine: Matthew A. Wilson e Bruce L. Mcnaughton., 1994)

Increspature d'onda taglienti

Le ricerche attuali hanno scoperto che le increspature delle onde si verificano in due situazioni: una è quando gli esseri umani o gli animali sono svegli ma in uno stato rilassato e inattivo, soprattutto quando riposano tranquillamente dopo aver completato un compito , il che indica che il cervello sta rivedendo ed elaborando i ricordi relativi al compito; l'altra si verifica nella terza fase del sonno non caratterizzato da movimenti oculari rapidi (NERM), durante la quale quest'onda cerebrale svolge un ruolo nel trasferimento dei ricordi dalla memoria a breve termine (ippocampo) a quella a lungo termine (corteccia cerebrale).

Più specificatamente, le increspature ad onda acuta sono la scarica sincrona di un gruppo di neuroni nell'ippocampo del cervello, seguita dalla scarica sincrona di un secondo gruppo di neuroni, poi del terzo gruppo, del quarto gruppo... Tali segnali si diffondono come onde d'acqua, trasmettendo i ricordi acquisiti dall'ippocampo durante il giorno alla neocorteccia, fissandoli come ricordi a lungo termine.

Un classico esperimento sui ratti ci permette di vedere intuitivamente come si formano i ricordi durante il sonno: i ricercatori hanno messo i ratti in un labirinto con del cibo posizionato in punti specifici come ricompensa. Mentre i topi si muovevano nel labirinto, potevamo vedere diversi neuroni nell'ippocampo attivarsi in sequenza, come se stessero formando una mappa nel cervello. Dopo che i ratti si erano addormentati, i ricercatori sono rimasti sorpresi nello scoprire che durante la fase di sonno a onde lente (parte del NERM), questi neuroni nel cervello si attivavano ripetutamente nello stesso ordine , ma a una velocità da 10 a 20 volte superiore a quella del giorno, come se le esperienze della giornata venissero riprodotte nel cervello a una velocità accelerata. Queste attività neuronali di "riproduzione a doppia velocità" costituiscono delle increspature d'onda nette.

Fonte dell'immagine: Global Science, numero di aprile 2024

Successivamente, sempre più studi hanno dimostrato l'importanza delle increspature delle onde nella formazione della memoria. Quando i ricercatori interferivano con la formazione di forti increspature delle onde, i ratti avevano notevoli difficoltà a ricordare le loro scelte precedenti. Prolungando artificialmente la durata delle increspature delle onde durante il sonno si migliorerà significativamente la prestazione dei ratti nello stesso compito di memoria.

"Finora le ricerche sulle increspature delle onde acute hanno ampiamente dimostrato l'importanza di tali increspature durante il sonno, quindi siamo naturalmente curiosi di sapere in che modo la mancanza di sonno influisce su tali increspature", ha affermato Kamran Diba, ricercatore presso il Neural Circuits and Memory Laboratory dell'Università del Michigan.

Di recente, uno studio pubblicato su Nature da Diba e dai suoi collaboratori ha dimostrato che la mancanza di sonno riduce la qualità delle onde sonore più intense, inibendo così il processo di "riproduzione" della memoria nel cervello. Ma, cosa ancora più importante, è difficile recuperare questa perdita, anche recuperando il sonno perso.

Kamran Diba (Credito fotografico: Kamran Diba)

Il “periodo finestra” della memoria

Questo esperimento ruota ancora attorno alle attività dei topi nel labirinto . Nell'arco di diverse settimane, Diba e i suoi colleghi hanno registrato l'esplorazione di un labirinto da parte di sette ratti e l'attività dei loro ippocampi. Dopo aver camminato faticosamente nel labirinto, alcuni topi sono riusciti a dormire naturalmente fino a nove ore.

Inoltre, come tutti i ricercatori malvagi, il team ha disturbato “leggermente” il sonno di altri ratti, riducendo il loro tempo di sonno di 5 ore e monitorando i cambiamenti nelle increspature delle onde acute nei loro cervelli.

"Con nostra sorpresa, la frequenza delle forti increspature delle onde era addirittura più alta durante la privazione del sonno che durante il sonno profondo", ha affermato Diba. I topi che venivano svegliati ripetutamente presentavano increspature acute simili o addirittura più frequenti rispetto a quelli che dormivano normalmente. Ciò non significa però che la loro memoria sia diventata più forte.

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Infatti, il team ha scoperto che l'intensità dell'attivazione neuronale nei ratti privati ​​del sonno si indeboliva, facendo sì che le forti increspature delle onde diventassero meno intense e più caotiche. La cosa più importante è che i neuroni di questi ratti ripetevano meno frequentemente i loro schemi di attivazione diurni . In altre parole, la mancanza di sonno influisce sulla qualità delle increspature delle onde, e la qualità è la chiave per trasformare i ricordi a breve termine immagazzinati nell'ippocampo in ricordi a lungo termine.

I ricercatori hanno anche scoperto che perfino recuperare il sonno perso non basta a compensare la perdita di memoria. Dopo che i ricercatori hanno permesso al gruppo sottoposto a privazione del sonno di tornare a un sonno normale per 2 giorni, hanno osservato che la qualità delle increspature delle onde era migliorata, ma era difficile raggiungere la qualità dei ratti che avevano mantenuto un sonno normale .

Sembra che, dopo aver saltato il "periodo finestra" per la formazione della memoria a causa della mancanza di sonno, recuperare attraverso il sonno non riesca a ripristinare la perdita di memoria durante questo periodo, o addirittura a ripristinare immediatamente la capacità di convertire la memoria a breve termine in memoria a lungo termine. "Ciò è degno di nota perché, sebbene la maggior parte dei marcatori della salute e della funzionalità del cervello, tra cui la segnalazione proteica e la trascrizione genica, tornino a livelli normali dopo un sonno adeguato, la memoria compromessa dalla privazione del sonno generalmente non viene ripristinata", hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.

Effetti complessi

Man mano che la nostra comprensione delle increspature delle onde si approfondisce, gli scienziati si stanno rendendo conto che in realtà esse svolgono un ruolo molto complesso nel processo di formazione della memoria. Uno studio pubblicato su Science a marzo ha confrontato la frequenza delle forti increspature delle onde nei ratti dopo aver eseguito un compito o aver assistito a un evento e durante il sonno. Si è scoperto che le forti increspature delle onde che si verificavano più frequentemente durante la veglia si riproducevano più frequentemente anche durante il sonno. Ciò suggerisce che le increspature delle onde agiscono come etichette, filtrando le nostre esperienze diurne e decidendo quali di esse restano nella nostra memoria a lungo termine.

"Questa scoperta è coerente con le nostre conclusioni", ha affermato Diba, "e anche con un altro studio che abbiamo pubblicato su Nature a maggio". In questo studio, il team di ricerca ha scoperto che le forti increspature delle onde non solo riproducono le informazioni della giornata, ma "prevedono" anche le attività del giorno successivo. "Pertanto, la mancanza di sonno può anche compromettere la capacità del cervello di rispondere in modo ottimale alle esperienze future", ha affermato Diba.

Infine, i ricercatori offrono alcuni suggerimenti sulla memoria:

D: Quindi è ancora utile restare alzati fino a tardi per studiare prima di un esame?

R: Anche se ti impegni all'ultimo minuto e riesci a dormire un po' dopo aver ripassato, potrebbe essere d'aiuto. Ma ciò che era vulnerabile erano le informazioni apprese in precedenza quel giorno. (Man mano che la pressione del sonno aumenta,) la capacità del cervello di accumulare queste informazioni e di conservarle fino al momento in cui ci si addormenta diventa sempre più limitata.

Riferimenti

[1]https://www.nature.com/articles/s41586-024-07538-2

[2]https://www.nature.com/articles/s41586-024-07397-x

[3]https://www.nature.com/articles/d41586-024-01732-y

[4]https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk8261

[5]https://www.nature.com/articles/nn.2384

[6]https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(02)01096-6

[7]https://www.science.org/doi/10.1126/science.8036517

[8]https://www.quantamagazine.org/in-brains-electrical-ripples-markers-for-memories-appear-20190806/

[9]https://news.rice.edu/news/2024/brain-rest-neurons-rehearse-future-experience

Pianificazione e produzione

Fonte: Global Science (ID: huanqiukexue)

Autore: Erqi

Redattore: He Tong

Revisionato da Xu Lai e Lin Lin

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