Ti sei mai chiesto cosa succede nel tuo cervello quando sei sveglio per un giorno, una notte e un altro giorno, prima di andare finalmente a dormire? Bene, l'abbiamo appena scoperto.

È stata noto per molti anni che quanto siamo assonnati, quanto possiamo sommare numeri, prestare attenzione o svolgere un compito di memoria di lavoro dipende da quanto tempo siamo stati svegli e dall'ora del giorno. Tipicamente, se rimaniamo svegli per un periodo di due giorni (un giorno, una notte e poi il giorno successivo), la prima 16 ore o più è di veglia - le prestazioni sono buone e non cambiano molto.

Ma poi, mentre entriamo nella "notte biologica", come indicato da un aumento dell'ormone melatonina, le prestazioni si deteriorano rapidamente e raggiungono il minimo intorno a 6-8am il mattino successivo. Il secondo giorno, le prestazioni possono migliorare leggermente (ma ancora ben al di sotto di quella del primo giorno) e tornare ai normali livelli di base dopo una buona notte di sonno.

La caratteristica chiave di questa linea temporale delle prestazioni è che non si deteriora linearmente in base a quanto tempo sei stato sveglio, ma è invece modulato dall'ora del giorno. In realtà, ora sappiamo che non è in realtà "orario del giorno" ma "tempo biologico interno del giorno" che causa gli effetti della perdita di sonno. A livello comportamentale, quindi, la funzione cerebrale è determinata dagli effetti combinati della ritmicità circadiana e dell'omeostasi del sonno - la pressione del sonno che si accumula durante la veglia e si dissipa durante il sonno.

Ritmo circadiano

La ritmicità circadiana può essere osservata in molti aspetti del comportamento e della fisiologia ed è generata da orologi circadiani in quasi tutte le cellule del cervello e del corpo. A livello locale, questi ritmi sono generati da un ciclo di feedback delle proteine ​​dell'orologio sui geni dell'orologio che esprimono informazioni genetiche che vengono poi tradotte in proteine

Tutti questi orologi, compresi gli orologi del cervello, sono sincronizzati da un direttore / conduttore centrale situato in un'area del cervello chiamata nucleo soprachiasmatico nell'ipotalamo. Questa area del cervello guida anche il ritmo della melatonina nel sangue e nella saliva.

Quindi, come funziona questa azione combinata di ritmicità circadiana e omeostasi del sonno? Bene, durante la giornata biologica l'orologio circadiano genera un segnale di allerta o vigilanza che diventa più forte man mano che il giorno avanza e raggiunge la massima forza la sera. Questo può sembrare un po 'paradossale, ma questo segnale deve diventare più forte man mano che il giorno progredisce perché la pressione del sonno aumenta anche più a lungo siamo svegli, quindi qualcosa deve tenerci all'erta.

Ma mentre entriamo nella notte biologica, la veglia che promuove il segnale circadiano si dissipa e si trasforma in un segnale di promozione del sonno con una forza massima intorno a 6-8am. Ancora una volta, questo può sembrare un po 'paradossale, ma in condizioni normali quando dormiamo di notte, questo è utile perché il segnale di promozione del sonno ci consente di continuare a dormire bene anche dopo sei o sette ore quando la pressione del sonno si è dissipata.

I problemi sorgono quando rimaniamo svegli di notte e il giorno dopo, comunque. Durante la notte, la pressione del sonno rimane alta e aumenta anche perché siamo svegli. Il segnale circadiano non si oppone più a questa pressione e lottiamo per rimanere svegli e per esibirci. Il giorno dopo, l'orologio circadiano, che continua a scandire se siamo addormentati o meno, inizia a promuovere di nuovo i segnali di risveglio, così diventa un po 'più facile da eseguire e rimanere sveglio.

Che aspetto ha questo nel cervello?

Tutto va bene, è buono e ha un senso. In effetti, questo modello di lavoro è ampiamente accettato da quello che abbiamo visto accadere quando si tratta di comportamento. Ma che effetto ha questa combinazione di ritmo circadiano e omeostasi del sonno nel cervello umano

Il nostro team di ricercatori, dell'Università di Liegi e dell'Università del Surrey, ha scannerizzato il cervello delle persone 33 utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI) - che fornisce un quadro dettagliato dei livelli di attività neuronale in tutto il cervello - che sono stati privati ​​del sonno due giorni e dopo un periodo di recupero dormire. Abbiamo anche misurato i livelli di melatonina per avere un buon indicatore del tempo biologico interno, che varia tra gli individui. I nostri risultati sono pubblicato su Science.

Per ciascun partecipante, le immagini del cervello 13 sono state ottenute mentre stavano conducendo un semplice compito di tempo di reazione. Dodici immagini cerebrali sono state raccolte durante la privazione del sonno a volte caratterizzate da quei rapidi cambiamenti precedentemente osservati per le prestazioni alla sera e al mattino. La tredicesima immagine è stata scattata dopo il recupero del sonno.

L'attività in diverse regioni del cervello, e in particolare in aree subcorticali (come il talamo, un centro importante per trasmettere informazioni alla corteccia), seguiva uno schema ritmico (circadiano) 24-ora il cui timing, sorprendentemente, variava attraverso le regioni del cervello. Altre regioni del cervello - in particolare le aree del cervello frontale incluso aree di associazione di ordine superiore - ha mostrato una riduzione dell'attività con il tempo sveglio seguito da un ritorno ai livelli di deprivazione prima del sonno dopo il sonno di recupero. Alcune regioni del cervello mostravano un pattern che era una combinazione di un pattern ritmico e un declino associato al tempo del risveglio.

Ancora più sorprendente, questi effetti della perdita di sonno sull'attività cerebrale erano molto più diffusi quando i partecipanti eseguivano un semplice compito di reazione rispetto ad un compito più complesso legato alla memoria.

Ciò che tutto questo significa è che varie regioni del cervello sembrano essere influenzate in modo diverso dalla perdita di sonno e dal ritmo circadiano, e nel complesso i risultati dimostrano sia la pervasività di questi effetti, ma anche la somiglianza e la natura locale di queste influenze.

La varietà delle risposte cerebrali mostra quanto complessi siano i meccanismi con cui il cervello risponde alla perdita del sonno. Ci aiuta a capire come il cervello possa mantenere le prestazioni durante il giorno e la notte. Questi risultati possono rassicurare i turnisti e le persone che lavorano a lunghissime ore lottando per prestare attenzione e concentrarsi sul loro lavoro, in particolare nelle prime ore del mattino. Sì, il tuo cervello sarà diverso di notte che durante il giorno. Suggeriscono anche che se lavori fino a tardi, potrebbe essere meglio avvolgerlo, dormire un po 'e ricominciare la mattina.

Può persino aiutarci a capire meglio perché molti sintomi in condizioni psichiatriche e neurodegenerative si sviluppano e diminuiscono, e perché al mattino presto dopo una notte senza sonno lottiamo per mantenere l'attenzione, mentre la sera non è un problema.

Circa l'autore

Derk-Jan Dijk, professore di sonno e fisiologia e direttore del Surrey Sleep Research Center, Università di Surrey

Pierre Maquet, direttore della ricerca, Cyclotron Research, Université de Liège

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

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