Circuito cerebrale implicato nella sonnolenza, "Zoning Out"

La ricerca emergente porta una nuova prospettiva sul concetto di sonno. Il pensiero tradizionale ha affermato che il cervello è completamente sveglio o addormentato - una proposizione tutto o niente.

Ora, i neuroscienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno scoperto un circuito cerebrale che può far sì che piccole regioni del cervello si addormentino o diventino meno vigili, mentre il resto del cervello rimane sveglio.

Gli scienziati hanno scoperto che questo circuito ha origine in una struttura cerebrale nota come nucleo reticolare talamico (TRN). Il TRN trasmette i segnali al talamo e quindi alla corteccia cerebrale, inducendo sacche delle onde cerebrali lente e oscillanti caratteristiche del sonno profondo.

Le oscillazioni lente si verificano anche durante il coma e l'anestesia generale e sono associate a una diminuzione dell'eccitazione. Con una sufficiente attività TRN, queste onde possono invadere l'intero cervello.

I ricercatori ritengono che il TRN possa aiutare il cervello a consolidare nuovi ricordi coordinando onde lente tra diverse parti del cervello, consentendo loro di condividere le informazioni più facilmente.

"Durante il sonno, forse specifiche regioni del cervello hanno onde lente allo stesso tempo perché hanno bisogno di scambiarsi informazioni tra loro, mentre altre no", ha detto la dott.ssa Laura Lewis, affiliata di ricerca e uno degli autori principali del nuovo studio.

Il TRN potrebbe anche essere responsabile di ciò che accade nel cervello quando le persone prive di sonno provano brevi sensazioni di "zoning out" mentre lottano per rimanere svegli, dicono i ricercatori.

I risultati dello studio appaiono nella rivista eLife.

L'altro primo autore del documento è Jakob Voigts, gli autori senior sono Emery Brown e Michael Halassa. Altri autori sono l'affiliato di ricerca del MIT Francisco Flores e Matthew Wilson.

Fino ad ora, la maggior parte della ricerca sul sonno si è concentrata sul controllo globale del sonno, che si verifica quando l'intero cervello è inondato da onde lente, oscillazioni dell'attività cerebrale create quando serie di neuroni vengono silenziate per brevi periodi.

Tuttavia, studi recenti hanno dimostrato che gli animali privati ​​del sonno possono esibire onde lente in parti del loro cervello mentre sono ancora svegli, suggerendo che il cervello può anche controllare la vigilanza a livello locale.

Il team del MIT ha iniziato le sue indagini sul controllo locale della vigilanza o della sonnolenza con il TRN perché la sua posizione fisica lo rende perfettamente posizionato per svolgere un ruolo nel sonno, dice Lewis.

Il TRN circonda il talamo come una conchiglia e può fungere da guardiano per le informazioni sensoriali che entrano nel talamo, che quindi invia le informazioni alla corteccia per ulteriori elaborazioni.

Utilizzando l'optogenetica, una tecnica che consente agli scienziati di stimolare o silenziare i neuroni con la luce, i ricercatori hanno scoperto che se stimolavano debolmente il TRN nei topi svegli, le onde lente apparivano in una piccola parte della corteccia. Con una maggiore stimolazione, l'intera corteccia mostrava onde lente.

"Abbiamo anche scoperto che quando induci queste onde lente attraverso la corteccia, gli animali iniziano a comportarsi come se fossero sonnolenti. Smetteranno di muoversi, il loro tono muscolare diminuirà ", ha detto Lewis.

I ricercatori ritengono che il TRN ottimizzi il controllo del cervello sulle regioni cerebrali locali, migliorando o riducendo le onde lente in alcune regioni in modo che quelle aree possano comunicare tra loro o inducendo alcune aree a diventare meno vigili quando il cervello è molto assonnato.

Questo potrebbe spiegare cosa succede negli esseri umani quando sono privati ​​del sonno e si allontanano momentaneamente senza addormentarsi davvero.

"Sono propenso a pensare che ciò accada perché il cervello inizia a passare al sonno e alcune regioni cerebrali locali diventano sonnolente anche se ti costringi a rimanere sveglio", ha detto Lewis.

Capire come il cervello controlla l'eccitazione potrebbe aiutare i ricercatori a progettare nuovi farmaci anestetici e per il sonno che creano uno stato più simile al sonno naturale. La stimolazione del TRN può indurre stati di sonno profondi, non simili alla REM e precedenti ricerche di Brown e colleghi hanno scoperto un circuito che attiva il sonno REM.

Brown ha aggiunto: “Il TRN è ricco di sinapsi - connessioni nel cervello - che rilasciano il neurotrasmettitore inibitorio GABA. Pertanto, il TRN è quasi certamente un sito di azione di molti farmaci anestetici, dato che una grande classe di essi agisce in corrispondenza di queste sinapsi e produce onde lente come una delle loro caratteristiche ".

Il lavoro precedente di Lewis e colleghi ha dimostrato che, a differenza delle onde lente del sonno, le onde lente in anestesia generale non sono coordinate, suggerendo un meccanismo per cui questi farmaci compromettono lo scambio di informazioni nel cervello e producono incoscienza.

Fonte: Massachusetts Institute of Technology / EurekAlert