Un nuovo studio svela come il sonno NREM sincronizza l'attività cerebrale, migliorando le prestazioni cognitive. Questa scoperta potrebbe portare a nuovi trattamenti per i disturbi del sonno e metodi per potenziare le capacità intellettive.
I ricercatori della Rice University, del Center for Neural Systems Restoration dell'Houston Methodist e del Weill Cornell Medical College hanno svelato una scoperta rivoluzionaria su come il sonno non-rapid eye movement (NREM) migliori la funzione cognitiva. Questo studio, pubblicato pubblicato sulla rivista Science, fa luce sul ruolo essenziale che il sonno NREM svolge nella sincronizzazione cerebrale e nella codifica delle informazioni.
"Il nostro studio non solo approfondisce la nostra comprensione meccanicistica del ruolo del sonno nella funzione cognitiva, ma apre anche nuove strade dimostrando che specifici modelli di stimolazione cerebrale potrebbero sostituire alcuni benefici del sonno". Il coautore Valentin Dragoi, professore di ingegneria elettrica e informatica presso la Rice, Rosemary e Daniel J. Harrison III Presidential Distinguished Chair in Neuroprosthetics presso la Houston Methodist e professore di neuroscienze presso la Weill Cornell, ha affermato in un comunicato stampa.
La ricerca dimostra come il sonno NREM, comunemente sperimentato durante il sonno leggero o i riposini, migliori le prestazioni neuronali e comportamentali. Questa nuova comprensione potrebbe rivoluzionare il nostro approccio al trattamento dei disturbi del sonno e al potenziamento delle funzioni cognitive.
Il team ha impiegato array multielettrodici avanzati per monitorare l'attività neurale dei macachi impegnati in un compito di discriminazione visiva. I loro risultati hanno mostrato un miglioramento significativo nelle prestazioni del compito dopo il sonno NREM, con gli animali che distinguevano più accuratamente le immagini ruotate.
"Durante il sonno, abbiamo osservato un aumento dell'attività delle onde delta a bassa frequenza e un'attivazione sincronizzata tra i neuroni in diverse regioni corticali", ha affermato nel comunicato stampa la prima autrice Natasha Kharas, ex ricercatrice nel laboratorio di Dragoi e ora residente in chirurgia neurologica presso Weill Cornell. "Dopo il sonno, tuttavia, l'attività neuronale è diventata più desincronizzata rispetto a prima del sonno, consentendo ai neuroni di attivarsi in modo più indipendente. Questo cambiamento ha portato a una migliore accuratezza nell'elaborazione delle informazioni e nelle prestazioni nei compiti visivi".
Inoltre, lo studio ha rivelato che simulare artificialmente gli effetti neurali del sonno usando la stimolazione elettrica a bassa frequenza della corteccia visiva ha anche migliorato le prestazioni del compito. Ciò suggerisce che i benefici cognitivi del sonno potrebbero essere replicati senza il sonno effettivo.
"Questa scoperta è significativa perché suggerisce che alcuni degli effetti ristoratori e di miglioramento delle prestazioni del sonno potrebbero essere ottenuti senza la necessità di dormire realmente", ha aggiunto Dragoi. "La capacità di riprodurre la desincronizzazione neurale simile al sonno in uno stato di veglia apre nuove possibilità per migliorare le prestazioni cognitive e percettive in situazioni in cui il sonno non è fattibile, come per gli individui con disturbi del sonno o in circostanze attenuanti come l'esplorazione spaziale".
La ricerca ha ulteriormente esplorato il fenomeno attraverso un modello di rete neurale, mostrando l'indebolimento delle connessioni cerebrali sia eccitatorie che inibitorie durante il sonno. Questo indebolimento asimmetrico aumenta l'eccitazione neurale, ottimizzando la funzione cerebrale.
"Abbiamo scoperto una sorprendente soluzione che il cervello impiega dopo il sonno, per cui le popolazioni neurali che partecipano al compito riducono il loro livello di sincronia dopo il sonno nonostante ricevano input di sincronizzazione durante il sonno stesso", ha aggiunto Drago.
In definitiva, questo studio non solo chiarisce i meccanismi del sonno NREM, ma apre anche la strada a terapie innovative di stimolazione cerebrale che potrebbero migliorare le prestazioni cognitive indipendentemente dal sonno.
Questa ricerca segna un importante passo avanti nella neuroscienza, promettendo future applicazioni sia in campo medico che in ambienti ad alto stress, come l'esplorazione spaziale.