Ricercatori della LMU, del Max Planck Institute for Human Development e dell’Università di Oxford hanno studiato come il sonno influisce sulla memoria. Hanno riscontrato un legame tra la respirazione e l’emergere di determinati modelli di attività cerebrale durante il sonno, associati alla riattivazione dei contenuti della memoria. I dati indicano le possibili conseguenze di una respirazione non sana sulla memoria. Come si consolidano i ricordi durante il sonno?
I ricercatori guidati dal Dr. Thomas Schreiner, capo del gruppo di ricerca Emmy Noether junior presso l’Istituto di Psicologia della LMU, avevano già dimostrato nel 2021 che esiste un collegamento diretto tra lo sviluppo di determinati modelli di attività cerebrale legati al sonno e la riattivazione dei contenuti della memoria durante il sonno. Tuttavia, non era ancora chiaro se questi ritmi fossero orchestrati da un pacemaker centrale. I ricercatori hanno quindi rianalizzato i dati insieme a scienziati del Max Planck Institute for Human Development di Berlino e dell’Università di Oxford. I risultati hanno identificato la respirazione come un potenziale pacemaker, il che significa che la nostra respirazione influenza il consolidamento dei ricordi durante il sonno.
Come la respirazione e il sonno sono correlati
Per lo studio originale, i ricercatori hanno mostrato 120 immagini a 20 partecipanti allo studio nel corso di due sessioni. Tutte le immagini erano associate a parole specifiche. I partecipanti hanno poi dormito per circa due ore nel laboratorio del sonno. Al risveglio è stato chiesto loro quali associazioni avessero appreso. Durante l’intera fase di apprendimento e di sonno, l’attività cerebrale e la respirazione sono state registrate con l’EEG. I ricercatori hanno scoperto che i contenuti appresi in precedenza vengono riattivati spontaneamente dal cervello addormentato in presenza delle cosiddette oscillazioni lente e dei fusi del sonno (brevi fasi di aumento dell’attività cerebrale). La precisione dell’accoppiamento di questi ritmi cerebrali legati al sonno aumenta dall’infanzia all’adolescenza e diminuisce nuovamente con l’aumentare dell’età.
Poiché anche la frequenza respiratoria cambia con l’età, i ricercatori hanno analizzato i dati in relazione alla respirazione registrata e sono riusciti a stabilire un collegamento tra loro: I risultati mostrano che la respirazione e la formazione dei caratteristici modelli di oscillazione lenta e di fuso sono collegati. Sebbene altri studi abbiano già trovato un collegamento tra respirazione e cognizione durante la veglia, questo lavoro chiarisce che la respirazione è importante anche per l’elaborazione della memoria durante il sonno.
Le persone anziane soffrono spesso di disturbi del sonno, problemi di respirazione e declino della funzione di memoria. I ricercatori hanno voluto indagare se esistono connessioni tra questi fenomeni e se gli interventi – come l’uso di maschere CPAP, già utilizzate per il trattamento dell’apnea notturna – hanno senso dal punto di vista cognitivo.
Come il sonno rafforza la memoria
Sebbene sia noto che il sonno svolge un ruolo cruciale nel rafforzamento della memoria, gli scienziati stanno ancora cercando di capire come questo processo avvenga nel cervello durante la notte. Una ricerca condotta da scienziati dell’UCLA Health e dell’Università di Tel Aviv fornisce la prima prova fisiologica dall’interno del cervello umano che supporta la teoria scientifica prevalente su come il cervello consolida la memoria durante il sonno. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che la stimolazione cerebrale profonda mirata durante un momento critico del ciclo del sonno sembra migliorare il consolidamento della memoria. La nuova ricerca fornisce la prima prova fisiologica dall’interno del cervello umano che supporta la teoria scientifica prevalente su come il cervello consolida la memoria durante il sonno. Inoltre, la stimolazione cerebrale profonda durante un momento critico del ciclo del sonno sembra migliorare il consolidamento della memoria.
La ricerca, pubblicata su Nature Neuroscience, potrebbe fornire nuovi indizi su come la stimolazione cerebrale profonda durante il sonno potrebbe un giorno aiutare i pazienti con disturbi della memoria come il morbo di Alzheimer. Il risultato è stato ottenuto grazie a un nuovo sistema “a circuito chiuso” che ha erogato impulsi elettrici in una regione del cervello sincronizzati con precisione con l’attività cerebrale registrata in un’altra regione. Secondo la teoria prevalente sul modo in cui il cervello converte le nuove informazioni in memoria a lungo termine quando va a dormire, c’è un dialogo durante la notte tra l’ippocampo – il centro della memoria del cervello – e la corteccia cerebrale, che è associata alle funzioni cerebrali superiori come il pensiero e la pianificazione.
Ciò avviene durante un periodo di sonno profondo, quando le onde cerebrali sono particolarmente lente e i neuroni di tutte le regioni cerebrali alternano un fuoco rapido e sincrono al silenzio. Si tratta della prima importante prova a livello di singoli neuroni dell’effettiva esistenza di questo meccanismo di interazione tra il centro della memoria e l’intera corteccia. Ha un valore scientifico sia per capire come funziona la memoria negli esseri umani, sia per utilizzare queste conoscenze per rafforzare realmente la memoria. I ricercatori hanno avuto l’opportunità unica di testare questa teoria del consolidamento della memoria utilizzando elettrodi nel cervello di 18 pazienti affetti da epilessia presso l’UCLA Health. Gli elettrodi sono stati impiantati nel cervello dei pazienti per identificare la causa delle loro crisi durante la degenza in ospedale, in genere di circa dieci giorni.
Stimolazione cerebrale profonda
Lo studio è stato condotto nel corso di due serate e mattinate. Poco prima di andare a letto, ai partecipanti allo studio sono state mostrate coppie di foto di animali e 25 celebrità, tra cui star facilmente riconoscibili come Marilyn Monroe e Jack Nicholson. Sono stati immediatamente sottoposti a un test per verificare la loro capacità di ricordare quale celebrità fosse abbinata a quale animale e sono stati sottoposti a un altro test la mattina dopo una notte di sonno indisturbato. Un’altra notte sono stati mostrati loro 25 nuovi abbinamenti di animali e celebrità prima di andare a letto. Questa volta hanno ricevuto una stimolazione elettrica mirata durante la notte e al mattino è stata testata la loro capacità di ricordare gli accoppiamenti.
Per fornire questa stimolazione elettrica, i ricercatori hanno sviluppato un sistema in tempo reale a circuito chiuso che Fried ha paragonato a un direttore d’orchestra musicale: il sistema “ascoltava” i segnali elettrici del cervello e quando i pazienti entravano nella fase di sonno profondo, quella associata al consolidamento della memoria, forniva delicati impulsi elettrici che istruivano i neuroni che sparavano rapidamente a “suonare” in sincronia. Tutte le persone esaminate hanno ottenuto risultati migliori nei test di memoria dopo una notte di stimolazione elettrica rispetto a una notte di sonno indisturbato. I principali marcatori elettrofisiologici suggeriscono inoltre che le informazioni fluiscono tra l’ippocampo e l’intera corteccia, fornendo una prova fisica del consolidamento della memoria. I ricercatori hanno scoperto che questa strada, attraverso la quale le informazioni fluiscono verso luoghi di memorizzazione più permanenti nel cervello, potrebbe essere fondamentalmente migliorata. La prossima sfida sarà se i ricercatori saranno in grado di modulare alcuni ricordi.
