Collegato il sonno sano alle esplosioni di onde cerebrali


Collegato il sonno sano alle esplosioni di onde cerebrali

Le esplosioni di onde cerebrali simili a terremoti sono risultate essenziali per un sonno sano.

Una nuova ricerca sui ratti mostra che l'eccitazione corticale e brevi risvegli durante il sonno mostrano dinamiche di non equilibrio e organizzazione complessa su scale temporali necessarie per le transizioni spontanee della fase del sonno e per mantenerlo sano. Il professor Plamen Ch. Ivanov (1) dell'Università di Boston e colleghi presentano questi risultati nella biologia computazionale PLOS. (2)

Il sonno è tradizionalmente considerato un processo omeostatico che resiste alla deviazione dall'equilibrio. A tale proposito, brevi episodi di veglia sono considerati perturbazioni che portano alla frammentazione del sonno e ai relativi disturbi del sonno. Pur affrontando gli aspetti della regolazione del sonno correlati al sonno medesimo e alla veglia consolidati e al ciclo sonno-veglia, il paradigma omeostatico non tiene conto delle dozzine di improvvise transizioni e micro-stati della fase del sonno all'interno delle sue fasi nel corso della notte. Il professor Plamen Ch. Ivanov e colleghi hanno ipotizzato che, mentre il sonno è effettivamente omeostatico in scale temporali di ore e giorni, la dinamica di non equilibrio e la criticità sono alla base della sua microarchitettura in scale temporali più brevi.

Per verificare questa ipotesi, i ricercatori hanno raccolto registrazioni di elettroencefalogramma (EEG) sull'attività cerebrale per più giorni in ratti normali e in ratti con lesioni alla zona parafacciale, una regione del cervello che aiuta a regolare il sonno. Gli scienziati hanno analizzato le dinamiche dei modelli di attività cerebrale conosciuti come onde theta e onde delta, che si osservano sia nei ratti che negli umani.

I loro risultati empirici e la loro modellizzazione indicano che l'eccitazione del sonno è una manifestazione di un meccanismo intrinseco di regolazione del sonno e di non equilibrio correlato all'auto-organizzazione delle assemblee neuronali. Questo meccanismo agisce su scale temporali di secondi e minuti e rimane in funzione tramite raffiche continue nei ritmi delle onde cerebrali.

Lo studio suggerisce inoltre che il mantenimento di uno stato critico di non equilibrio è essenziale per la flessibilità del sistema di regolazione del sonno nel attivare spontaneamente più transizioni tra le diverse sue fasi e tra il sonno e la breve veglia durante il periodo di riposo. Tale stato critico è anche necessario per la complessa microarchitettura che è sempre più riconosciuta come caratteristica del sonno sano. Il comportamento critico osservato nel sonno traccia parallelismi con altri sistemi di non equilibrio a criticità, come i terremoti.

“Paradossalmente, scopriamo che lo stato di “riposo” del sonno sano viene mantenuto attraverso esplosioni di attività del ritmo corticale che obbediscono a simili organizzazioni temporali, statistiche e leggi matematiche come i terremoti”, afferma Ivanov. “I nostri risultati servono come elementi fondamentali per comprendere meglio il sonno e potrebbero aiutare a migliorare il rilevamento e il trattamento dei disturbi del sonno”.

Questa ricerca è stata supportata da un finanziamento di ricerca a CA dal National Institutes of Health (NIH Grant 1R01-NS061841) e borse di ricerca per PChI delle seguenti agenzie: National Institutes of Health (NIH Grant 1R01-HL098437), US-Israel Binational Science Foundation (BSF Grant 2012219), Office of Naval Research (ONR Grant 000141010078), e dalla W. M. Keck Foundation. I finanziatori non hanno avuto alcun ruolo nella progettazione dello studio, nella raccolta e analisi dei dati, nella decisione di pubblicare o nella preparazione del manoscritto. Gli autori hanno dichiarato che non esistono interessi in competizione.

Riferimenti:

(1) Plamen Ch. Ivanov

(2) Non-equilibrium critical dynamics of bursts in ? and d rhythms as fundamental characteristic of sleep and wake micro-architecture

Descrizione foto: i risultati collegano il sonno sano alle esplosioni di onde cerebrali che imitano matematicamente i terremoti. - Credit: Ivanov et al. - Usage Restrictions: CC-BY: Redistribution allowed with credit.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Earthquake-like brain-wave bursts found to be essential for healthy sleep

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