Ricerche

I risultati potrebbero portare a nuovi approcci per l'Alzheimer e altre condizioni neurologiche

C'è un paradosso nel sonno. La sua apparente tranquillità si contrappone all'attività frenetica del cervello. La notte è calma, ma il cervello è tutt'altro che dormiente. Durante il sonno, le cellule cerebrali producono scariche di impulsi elettrici che si accumulano in onde ritmiche, un segno di funzionamento elevato delle cellule cerebrali.

Ma perché il cervello è attivo quando stiamo riposando?

Le onde cerebrali lente sono associate al sonno riposante e rinfrescante. E ora, gli scienziati della Washington University di St. Louis, con uno studio pubblicato su Nature, hanno scoperto che le onde cerebrali aiutano a eliminare i rifiuti dal cervello durante il sonno. Le cellule nervose si coordinano per produrre onde ritmiche che spingono il fluido attraverso il tessuto cerebrale denso, lavando il loro ambiente.

“Questi neuroni sono pompe in miniatura. L'attività neurale sincronizzata alimenta il flusso del fluido e la rimozione dei detriti dal cervello", ha spiegato il primo autore Li-Feng Jiang-Xie, PhD, ricercatore post-dottorato del Dipartimento di Patologia e Immunologia. "Se riuscissimo a migliorare questo processo, potremmo ritardare o addirittura prevenire le malattie neurologiche, come l'Alzheimer e il Parkinson, in cui i rifiuti in eccesso - come quelli metabolici e le proteine spazzatura - si accumulano nel cervello e portano alla neurodegenerazione".

Le cellule cerebrali orchestrano pensieri, sentimenti e movimenti del corpo e formano reti dinamiche essenziali per la formazione della memoria e la risoluzione dei problemi. Per eseguire tali compiti, che richiedono energia, le cellule cerebrali hanno bisogno di carburante che traggono dai nutrienti dell'alimentazione, ma nel farlo producono rifiuti metabolici.

"È fondamentale che il cervello elimini i rifiuti metabolici che possono accumularsi e contribuire alle malattie neurodegenerative", ha affermato Jonathan Kipnis PhD, professore di patologia e immunologia, ricercatore e autore senior dello studio. “Sapevamo che il sonno è un momento in cui il cervello inizia un processo di pulizia per eliminare i rifiuti e le tossine accumulate durante la veglia. Ma non sapevamo come ciò accade. I risultati di questo studio potrebbero indicarci strategie e terapie potenziali per accelerare la rimozione di rifiuti dannosi e rimuoverli prima che possano portare a conseguenze disastrose".

Ma pulire il cervello denso non è un compito semplice. Il liquido cerebrospinale che circonda il cervello entra e si intrufola nelle intricate reti cellulari, raccogliendo rifiuti tossici al passaggio. Dopo essere uscito dal cervello, il fluido contaminato deve passare attraverso una barriera prima di riversarsi nei vasi linfatici della dura mater, lo strato di tessuto esterno che avvolge il cervello sotto il cranio.

Ma cosa alimenta il movimento del fluido, nel e fuori dal cervello? Studiando il cervello di topi addormentati, i ricercatori hanno scoperto che i neuroni guidano gli sforzi di pulizia sparando segnali elettrici in modo coordinato per generare onde ritmiche nel cervello, e hanno determinato che tali onde spingono il movimento del fluido.

Il team di ricerca ha silenziato delle regioni cerebrali specifiche in modo che i neuroni in quelle regioni non creino onde ritmiche. Senza queste onde, il liquido cerebrospinale fresco non riusciva a fluire attraverso le regioni cerebrali silenziate e i rifiuti intrappolati restavano nel tessuto cerebrale.

"Uno dei motivi per cui dormiamo è pulire il cervello", ha detto Kipnis. "E se potessimo migliorare questo processo di pulizia, forse potremmo dormire di meno e rimanere sani. Non tutti beneficiano di 8 ore di sonno per notte e la perdita del sonno ha un impatto sulla salute. Altri studi hanno dimostrato che i topi che sono geneticamente cablati per dormire meno hanno un cervello sano: magari è perché puliscono i rifiuti dal loro cervello in modo più efficiente? Potremmo aiutare le persone che vivono con l'insonnia a migliorare le capacità di pulizia del loro cervello, in modo che possano farcela con meno sonno?"

I modelli di onde cerebrali cambiano durante i cicli del sonno. Da notare che le onde cerebrali più alte con ampiezza maggiore spostano il fluido con più forza. I ricercatori sono ora interessati a capire perché i neuroni sparano le onde con ritmicità variabile durante il sonno e quali regioni del cervello sono più vulnerabili all'accumulo di rifiuti.

"Pensiamo al processo di pulizia del cervello come al lavaggio dei piatti", ha spiegato il neurobiologo Jiang-Xie. “Inizi, ad esempio, con un movimento ampio, lento e ritmico di pulizia per pulire i rifiuti solubili schizzati in tutto il piatto. Quindi diminuisci l'ampiezza dei movimenti e ne aumenti la velocità per rimuovere i rifiuti di cibo particolarmente appiccicosi sul piatto. Nonostante la variabilità dell'ampiezza e del ritmo dei movimenti delle mani, l'obiettivo generale rimane coerente: rimuovere diversi tipi di rifiuti dal piatto. Forse il cervello regola il suo metodo di pulizia a seconda del tipo e della quantità di rifiuti".