Chiunque abbia trascorso una notte in bianco conosce bene la sensazione di “nebbia cognitiva” che ne consegue: il cervello sembra aver disperato bisogno di “spegnersi” per potersi riavviare e tornare a funzionare normalmente. In natura, alcune specie hanno aggirato questo problema evolutivo con strategie affascinanti: i delfini, per esempio, sono in grado di “far dormire” un solo emisfero cerebrale alla volta, mantenendo l’altro vigile per poter nuotare e respirare. Fino a poco tempo fa, replicare questo sonno locale e “su misura” in mammiferi terrestri sembrava fantascientifico; oggi, una ricerca pubblicata su Nature Neuroscience, tra i cui autori figurano anche gli italiani Fabio Squarcio, Giulio Tononi e Chiara Cirelli, ha dimostrato che è possibile innescare il processo sinaptico tipico del riposo in aree circoscritte del cervello di topi, azzerando gli effetti della privazione del sonno sulla memoria mentre gli animali rimangono completamente svegli. Il sonno non-Rem (nRem), che costituisce circa l’80% del riposo notturno negli adulti, è la fase in cui il sistema nervoso fa letteralmente “pulizia”: valuta le connessioni tra i neuroni, protegge e consolida quelle importanti per le memorie a lungo termine, e “taglia” quelle superflue per fare spazio a nuove informazioni.
Già in passato la comunità scientifica aveva osservato come, in condizioni di forte stanchezza o deprivazione di sonno, nei ratti e negli esseri umani si possono verificare brevi e sporadici episodi di attività a onde lente locali (la “firma” elettrica del sonno nRem) pur essendo clinicamente svegli. L’attività a onde lente è caratterizzata da periodi di intensa scarica elettrica neurale, alternati a momenti di quiete, le cosiddette “fasi off”: a questo proposito, finora non era chiaro se per il processo di recupero delle energie e consolidamento della memoria bastasse che i neuroni diminuissero globalmente la loro attività o era fisicamente necessaria questa specifica “danza” ritmica. È proprio per rispondere a questa domanda che gli autori dello studio appena pubblicato hanno utilizzato l’optogenetica, una tecnica che si serve di impianti in grado di emettere impulsi di luce per accendere o spegnere a comando specifiche popolazioni di neuroni geneticamente modificati. Nel corso dell’esperimento, i ricercatori hanno indotto un’attività ritmica alternata on-off in un solo emisfero cerebrale di topi deprivati dal sonno, per cicli di 30 minuti, imitando così artificialmente le dinamiche del sonno nRem.
“Quello che stiamo facendo, essenzialmente, è forzare il sonno in una regione locale del cervello”, ha spiegato Cirelli, professoressa di psichiatria alla University of Wisconsin-Madison. “Mentre quella parte sta consolidando le memorie e ripristinando le capacità di apprendimento, le altre rimangono consapevoli, vigili e connesse all’ambiente. I delfini fanno qualcosa di molto simile, dormendo con un solo emisfero cerebrale alla volta”. A livello comportamentale, i topi stimolati hanno superato un test di memoria tattile con prestazioni equiparabili a quelle dei topi che avevano dormito regolarmente, al contrario del gruppo di controllo privato del sonno e non stimolato, in cui si è osservato un crollo delle prestazioni. I risultati dello studio gettano nuova luce su un dibattito tecnico molto profondo nel campo della neurofisiologia.
Come evidenziato anche dalle registrazioni elettrofisiologiche, il beneficio cognitivo non deriva da una generica riduzione dell’attività di scarica di neuroni: i dati indicano piuttosto che il recupero avviene solo se si riproduce l’esatto pattern ritmico alternato on-off. Va comunque mantenuta cautela nell’interpretazione dei risultati e soprattutto nella loro traslazione agli esseri umani: lo studio in questione si basa su modelli animali murini e su una manipolazione invasiva con dispositivi transcranici, e la neurobiologia umana, per quanto soggetta a leggi simili, possiede reti corticali enormemente più complesse; pertanto, saranno necessari ulteriori esperimenti prima di poter pensare a un’applicazione clinica sugli esseri umani. Sebbene lo studio rientri nel campo della ricerca fondamentale, i risultati aprono uno spiraglio interessante per il trattamento dei deficit mnemonici. Nelle prossime fasi del programma di ricerca, il team di autori del lavoro mira a esplorare la possibilità di replicare questi effetti benefici negli esseri umani ricorrendo a tecnologie di neuromodulazione non invasive4, come la stimolazione transcranica mirata.
“Questa ricerca”, evidenzia Amy Bany Adams, direttrice facente funzione del National Institute of Neurological Disorders and Stroke (Ninds) ai National Institutes of Health (Nih), che hanno finanziato lo studio, “fa ulteriore chiarezza sul motivo per cui dormiamo e sul modo in cui impariamo, il che ci porta un passo più vicini a capire come prevenire e trattare meglio il declino cognitivo”.
