Collegato il sonno sano alle esplosioni di onde cerebrali


Collegato il sonno sano alle esplosioni di onde cerebrali

Il sonno sano viene mantenuto attraverso esplosioni di attività del ritmo corticale che obbediscono a organizzazioni temporali e leggi matematiche come i terremoti.

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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