Ricerche

Modelli di sparo che rappresentano l'attività sincrona durante il sonno (sleep) e l'attività desincrona durante la veglia (wake) generati dalla simulazione in una rete neurale con 10 neuroni presinaptici collegati a un singolo neurone postsinaptico. Fonte: © Fukuaki Kinoshita, Università di Tokyo

Nella corteccia cerebrale, numerosi neuroni scambiano informazioni attraverso giunzioni chiamate sinapsi. La forza di ciascuna connessione sinaptica cambia a seconda dei livelli di attività dei neuroni coinvolti e si ritiene che questi cambiamenti costituiscano la base dell'apprendimento e della memoria.

Esistono diversi principi assodati che regolano la relazione tra i modelli di attività neuronale e i cambiamenti nella forza sinaptica, indicati come «regole di apprendimento sinaptico» (1). Sebbene sia noto che il sonno ha un ruolo cruciale nell'apprendimento e nella memoria, il modo in cui le connessioni sinaptiche vengono modificate durante il sonno è rimasto poco chiaro.

Un gruppo di ricerca guidato dal professor Hiroki Ueda dell'Università di Tokyo, ha dimostrato che la forza delle connessioni sinaptiche nella corteccia cerebrale durante il sonno cambia a seconda delle regole di apprendimento sinaptico e del livello di attività neuronale durante il sonno. Il loro studio, pubblicato su PLOS Biology, ha scoperto che era possibile prevedere teoricamente le condizioni in cui può verificarsi l'«apprendimento nel sonno» (2).

I ricercatori hanno usato simulazioni al computer per riprodurre l'attività delle reti neurali composte da vari tipi di neuroni interconnessi e hanno studiato i cambiamenti nelle connessioni sinaptiche durante l'attività neurale osservata negli stati del sonno. I risultati hanno mostrato che le connessioni sinaptiche nella corteccia cerebrale vengono rafforzate durante il sonno quando livelli specifici di attività neurale sono accompagnati da regole di apprendimento sinaptico tipiche. Questa scoperta ha chiarito le condizioni in cui può avvenire un rafforzamento sinaptico anche durante il sonno, consentendo così le previsioni teoriche di quando è possibile l'«apprendimento nel sonno».

Sulla base di queste previsioni, ci si aspetta che queste intuizioni portino a una comprensione più profonda della relazione tra sonno, apprendimento e memoria. Inoltre, possono contribuire a chiarire i meccanismi dei disturbi cerebrali associati ai disturbi del sonno, come le condizioni neuropsichiatriche.

Note:

(1) Regole di apprendimento sinaptico = egole che descrivono come cambia la forza delle connessioni sinaptiche tra i neuroni a seconda dei tempi e della frequenza dell'attività neurale. Esempi includono l'apprendimento hebbiano (Hebbian learning) e la plasticità dipendente dai tempi di sparo (STDP, spike-timing-dependent plasticity).

(2) Apprendimento del sonno = Il miglioramento della memoria e delle prestazioni di apprendimento attraverso l'organizzazione e l'integrazione di nuove informazioni da parte del cervello durante il sonno.