Funzioni cognitive superiori

RITMO SONNO-VEGLIA

L'attività cerebrale cambia durante il sonno rispetto a quella che si ha durante la veglia e

questo è stato scoperto mediante l'elettroencefalografia, cioè la registrazione dell’attività

elettrica dell’encefalo che consiste nella misura della differenza di potenziale elettrico tra

elettrodi di metallo posti a contatto con il cuoio capelluto. I neuroni cerebrali danno luogo a

correnti elettriche molto piccole che possono essere misurate complessivamente

dall'esterno perchè i tessuti che ci compongono sono tessuti conduttori e propagano

anche correnti piccolissime (questa cosa è valida anche per l'elettrocardiogramma).

Ovviamente le piccole correnti prodotte dai singoli neuroni incontrando la resistenza dei

tessuti diventeranno ancora più piccole, perciò devono essere adeguatamente amplificate

dallo strumento. Queste correnti sono dovute principalmente ai neuroni piramidali giganti

della corteccia, che si trovano nello strato n. 5 (mentre negli altri strati ci sono o neuroni

più piccoli o dendriti). Questi neuroni giganti ricevono diverse afferenze, principalmente

impulsi sensoriali dal talamo, ma anche da altre zone corticali dall'emisfero cerebrale

controlaterale della corteccia, e la loro scarica dipende dal numero di afferenze che

ricevono. Non viene registrata l'attività di un singolo neurone, ma di intere aree della

corteccia, cioè la somma dell'attività di tanti neuroni insieme. L'elettrodo che viene

posizionato sulla superficie registra una deflessione positiva quando sente la vicinanza di

cariche positive, che si hanno all'esterno della membrana neuronale quando l'interno è

carico negativamente in condizioni di riposo o di iperpolarizzazione; viceversa se il

neurone si depolarizza, l’interno è positivo e l’esterno negativo e il segnale indicato dallo

strumento sarà una deflessione negativa. L'attività che si registra è un insieme di onde che

rappresentano la risultante dell'attività di tanti neuroni.

Indagini elettroencefalografiche hanno messo in evidenza l’attività ritmica spontanea

spontanea dell’encefalo, che in condizioni fisiologiche normali può essere distinta in 4 ritmi

in funzione dell'ampiezza delle onde e della frequenza (vedi tracciati dei ritmi sul libro).

Il ritmo beta è quello della veglia vigile, durante la quale si compiono attività e si ricevono

stimoli sensoriali ed è caratterizzato dalle onde meno ampie a frequenza più alta.

Il ritmo alfa è quello della veglia in condizioni rilassate (senza stimoli sensoriali forti se no

si passa al ritmo beta) ed è caratterizzato da onde un pochino più ampie e a frequenza più

bassa rispetto alle beta.

Poi ci sono altri due ritmi più sincronizzati: il ritmo teta, dove l'ampiezza delle onde è più

alta e la frequenza più bassa rispetto a quelle delle onde alfa, e il ritmo delta, dove si ha

la massima ampiezza e la minore frequenza.

I ritmi alfa e beta sono quelli della veglia e di una particolare fase del sonno detta REM

(chiamata così per i movimenti rapidi degli occhi), mentre gli altri due ritmi sono tipici delle

fasi di sonno profondo, detto non-REM.

Per capire in quale fase del sonno si trova il soggetto si possono misurare i movimenti

oculari mettendo elettrodi vicino alle orbite. Un altro parametro è l'elettromiogramma, cioè

la registrazione dell'entità della contrazione muscolare attraverso la registrazione

dell'attività elettrica delle cellule muscolari. Un'altra caratteristica che cambia nelle varie

fasi del sonno è, infatti, il tono dei muscoli scheletrici.

Il sonno viene suddiviso in fasi. Le prime quattro fasi sono quelle del sonno non-REM e poi

c’è la fase del sonno REM, che ha delle similitudini con la veglia, infatti, è stata chiamata

“sonno paradosso”.

I 4 stadi del sonno non-REM sono:

stadio 1, che è la fase di addormentamento, in cui si passa dalla veglia rilassata al

- sonno superficiale, cioè da ritmo alfa a frequenza più lente; i muscoli mantengono il

tono muscolare, si possono avere scosse involontarie e sensazione di cadere e

quando ci si sveglia da questa fase non si ha l'impressione di essersi

addormentati ;

stadio 2, che è quello del sonno superficiale, dove il ritmo alfa cede il passo al

- ritmo teta;

stadio 3, dove si ha passaggio da onde teta a onde delta;

- stadio 4, dove si ha solo ritmo delta e insieme allo stadio 3 rappresenta il sonno

- profondo o sincronizzato.

Negli stadi non-REM il tono muscolare si mantiene e i movimenti oculari non sono

significativi.

Lo stadio REM è completamente diverso: il soggetto non passa direttamente dallo stadio 4

al sonno REM, ma prima risale agli stadi più superficiali del sonno e poi va allo stadio

REM, la cui attività cerebrale somiglia più alla veglia che al sonno profondo. Durante il

sonno REM, infatti, ci sono movimenti oculari rapidi, l'attività cerebrale è intensa,

nell'elettroencefalogramma compare il ritmo beta come durante la veglia, ma il tono

muscolare crolla totalmente (i muscoli sono flaccidi e non si è capaci di muoversi). Questa

fase è caratterizzata dai sogni, cioè visioni illogiche con un contenuto emozionale molto

forte, probabilmente dovuti a centri cerebrali connessi alle emozioni. Questo stadio è stato

definito anche "cervello attivo in un corpo inattivo"; mentre il sonno profondo è definito

come condizione di "cervello inattivo in un corpo attivo" perchè diminuisce l'attività dei

neuroni corticali e l'attività metabolica del cervello, che quindi consuma meno energia.

Nel sonno non-REM i neuroni piramidali della corteccia scaricano in maniera sincronizzata

perché sono controllati da neuroni talamici, in particolare quelli che scaricano in maniera

ritmica. Quando la corteccia è controllata prevalentemente da questi neuroni talamici

l'attività corticale risulta sincronizzata e si ritiene che sia questo a causare le onde lente e

sincronizzate (teta e delta). Contemporaneamente il talamo inibisce l'arrivo degli impulsi

sensoriali alla corteccia (per esempio quando dormiamo non sentiamo rumori al di sotto di

una certa soglia), il tono muscolare viene mantenuto e i movimenti oculari sono scarsi.

La durata complessiva del sonno varia nell'uomo a seconda dell'età ed è collegata ad

alcuni parametri come l'attività metabolica e l'attività plastica, per esempio l'individuo ha

più bisogno di dormire quando è in una fase di intensa attività anabolica (in cui si ha

formazione di proteine) durante l'accrescimento o durante le fasi di convalescenza. Per la

persona adulta 7-8 ore di sonno sono sufficienti, mentre queste ore si riducono negli

anziani e aumentano nei bambini.

Nel corso della notte le varie fasi del sonno si susseguono secondo un ciclo regolare e i

cicli si susseguono a intervalli di un'ora e mezza. In ciascun ciclo si ha un graduale

passaggio dalla veglia al sonno profondo, poi si risale al sonno superficiale per andare al

sonno REM, da cui si ritorna agli stadi di sonno profondo e il ciclo si ripete a intervalli

regolari, anche se ci possono essere brevi fasi di veglia.

La fase REM si ripete ogni 90 minuti circa, cresce di durata man mano che si va avanti

nella notte e verso la fine della notte il sonno profondo non si raggiunge più, ma si passa

dal sonno superficiale direttamente alla fase REM.

Sia la durata della fase REM che quella complessiva del sonno sono massime alla

nascita: nei primi mesi di vita il sonno è costituito quasi esclusivamente da sonno REM,

poi inizia a comparire quello non-REM e man mano la durata sia del sonno-REM che del

sonno complessivo si riducono con l'età.

Durante il sonno REM i muscoli sono flaccidi perchè vengono attivati alcuni neuroni

inibitori che usano glicina, la quale inibisce i motoneuroni spinali che innervano i muscoli

scheletrici.

Il sonno è fondamentale per la vita, in particolare per il tono dell'umore, per

l'apprendimento e per la capacità di memorizzare. Se un soggetto viene privato del sonno,

quando potrà dormire lo farà per un tempo più lungo e le fasi REM si allungheranno

rispetto alle condizioni normali in cui si dorme regolarmente. Se si viene privati del sonno

per lunghi periodi le conseguenze sono molto serie e possono portare alla morte (esiste

una malattia chiamata insonnia fatale ereditaria), ma certi aspetti del sonno sono ancora

sconosciuti.

Il ciclo sonno/veglia è regolato dagli impulsi che riceviamo dall'ambiente esterno, in

particolare dal ciclo luce/buio. Se ci isoliamo dall'ambiente e non sappiamo più se è notte

o giorno la durata della veglia si allunga, fino ad avere una giornata di 33 ore anziché di

24.

Il sistema che induce la veglia è chiamato sistema reticolare attivante (o attivatore)

perchè composto da fibre colinergiche che originano dalla sostanza reticolare

(l'acetilcolina è responsabile dell'attenzione e della veglia). Allo stato di veglia contribuisce

anche il locus coeruleus, da cui provengono fibre noradrenergiche e sono proiezioni

diffuse a tutta la corteccia cerebrale (anche la noradrenalina liberata da queste fibre

induce lo stato di veglia e l'attenzione).

Il sistema che attiva la veglia include anche fibre istaminergiche che originano

dall'ipotalamo (dal nucleo tuberomamellare) e che mantengono anch'esse la vigilanza (gli

antistaminici, infatti, danno sonnolenza).

Il sistema reticolare attivante è controllato da un peptide chiamato oressina, prodotto

dall’ipotalamo.

Un altro importante neurotrasmettitore nel ciclo sonno/veglia è la serotonina, liberata dalle

fibre provenienti dal nucleo del rafe, che agisce con un meccanismo particolare ancora

sconosciuto perchè può indurre sonno oppure veglia a seconda dei recettori che attiva. Un

altro neurotrasmettitore che induce il sonno (oltre la serotonina) è il GABA, che inibisce il

sistema reticolare attivante inducendo sonno profondo (per cui non si ha fase REM) e fa

parte del sistema ipotalamico GABAergico.

Durante il sonno aumenta il metabolismo plastico e si ha un'intensa attività anabolica (la

sintesi proteica e altre sintesi avvengono al massimo durante il sonno), mentre il

metabolismo energetico si abbassa e si ha un accumulo di riserve energetiche (il nostro

corpo consuma meno energia e la accumula di notte). Quindi negli animali, come l'uomo,

che stanno svegli di giorno il metabolismo è minimo di notte e viceversa negli animali che

stanno svegli di notte e dormono di giorno (i roditori e