Le onde del sonno si propagano nel cervello. Un nuovo studio della Scuola IMT su pazienti “split brain”.

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Lucca, 17 giugno 2020 – Durante il sonno, particolari onde cerebrali attraversano ripetutamente la superficie del nostro cervello da un emisfero all’altro. Una nuova ricerca di un team internazionale guidato dalla Scuola IMT Alti Studi Lucca e pubblicato nella rivista scientifica The Journal of Neuroscience, ha ora dimostrato che la propagazione di tali onde avviene attraverso le connessioni anatomiche che uniscono parti distanti del cervello e che un danno a questi collegamenti determina un’importante limitazione alla diffusione delle onde stesse.
Contrariamente a quanto comunemente ritenuto, il sonno non è né un fenomeno uniforme né unitario, tanto che ogni area del cervello può produrre i propri “ritmi di sonno”, come le cosiddette “onde lente”, ma è proprio il coordinamento delle onde lente tra aree cerebrali distanti a essere essenziale affinché le funzioni del sonno siano garantite. Adesso, per la prima volta, i ricercatori di Università Politecnica delle Marche, Università del Wisconsin (Stati Uniti), Ospedale Universitario di Losanna (Svizzera) e Università di Bristol (Gran Bretagna), coordinati da un team di ricerca del Molecular Mind Laboratory (MoMiLab) della Scuola IMT, sono riusciti a dimostrare quello che fino ad ora era stato solo ipotizzato, cioè che la propagazione delle onde lente avviene attraverso vie anatomiche che collegano regioni distanti del cervello, come nel caso di quelle che si trovino rispettivamente in due distinti emisferi.
Lo studio ha valutato il modo in cui le onde lente – caratteristiche del sonno profondo – si propagano nel cervello di un gruppo particolare ed estremamente raro di pazienti, quelli che per trattare una grave forma di epilessia hanno subito l’intervento chirurgico di resezione del corpo calloso, l’insieme di fibre nervose che collega i due emisferi cerebrali. I ricercatori della Scuola IMT hanno studiato questi pazienti e un gruppo di adulti con anatomia cerebrale intatta attraverso una particolare tecnica di neuroimmagini, chiamata elettroencefalografia ad alta densità di elettrodi (hd-EEG), che consente di indagare con elevata risoluzione spaziale l’attività del cervello durante il sonno. È stato così possibile dimostrare che nei pazienti con il “cervello diviso” le onde lente rimangono confinate nell’emisfero cerebrale in cui hanno avuto origine.
“I nostri risultati indicano chiaramente che le onde lente del sonno propagano attraverso le vie anatomiche che collegano il sito di origine con aree distanti del cervello”, riporta Giulia Avvenuti, primo autore dello studio e studentessa di dottorato alla Scuola IMT.
I risultati di questo studio hanno importanti implicazioni per la comprensione di come il sonno sia regolato e come eserciti le proprie funzioni essenziali. “È noto che le onde lente hanno un ruolo chiave nelle funzioni ristorative del sonno e si ritiene che siano anche essenziali per il consolidamento delle memorie recentemente acquisite”, spiega Giulio Bernardi, coordinatore del progetto assieme a Michele Bellesi e ricercatore presso la Scuola IMT. “La loro sincronizzazione all’interno di particolari network cerebrali potrebbe essere particolarmente importante per l’elaborazione e l’integrazione delle nuove memorie”.
Inoltre i risultati della ricerca hanno anche importanti risvolti dal punto di vista clinico in quanto dimostrano che lo studio della propagazione delle onde lente del sonno può fornire informazioni riguardo allo stato delle connessioni cerebrali e potrebbe quindi aiutare ad identificare eventuali alterazioni funzionali o strutturali causate ad esempio da patologie di natura traumatica o neurodegenerativa.
Infine, lo studio ha permesso di dimostrare che la perdita delle connessioni fra i due emisferi cerebrali nell’età adulta non è sufficiente, per se, a determinare la comparsa del cosiddetto sonno uni-emisferico, un comportamento invece presente in altri animali, inclusi i delfini. Di fatto, i risultati della ricerca indicano chiaramente che altre particolarità assenti nel cervello umano sono necessarie per lo sviluppo di questo peculiare tipo di sonno.
“La presenza di disturbi del sonno, caratterizzati da sonno frammentato e non regolato, colpisce milioni di individui in tutto il mondo ed è centrale nella maggior parte delle patologie psichiatriche. Comprendere quali siano i meccanismi di base che permettono la regolazione del sonno è essenziale per lo sviluppo di approcci terapeutici innovativi”, ha aggiunto il Professor Pietro Pietrini, coautore delle studio, psichiatra e Direttore del MoMiLab e della Scuola IMT.
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Integrity of corpus callosum is essential for the cross-hemispheric propagation of sleep slow waves: a high-density EEG study in split-brain patients 
Giulia Avvenuti, Giacomo Handjaras, Monica Betta, Jacinthe Cataldi, Laura Sophie Imperatori, Simona Lattanzi, Brady A. Riedner, Pietro Pietrini, Emiliano Ricciardi, Giulio Tononi, Francesca Siclari, Gabriele Polonara, Mara Fabri, Mauro Silvestrini, Michele Bellesi, Giulio Bernardi.