Sonno con movimento oculare non rapido
Il sonno non REM è uno stato di sincronizzazione dell’elettroencefalogramma (EEG), insieme al produzione di oscillazioni specifiche all’interno delle reti talamo-corticali: fusi, onde delta e oscillazioni lente.
Rispetto alla veglia e al sonno REM, il sonno non REM è caratterizzato da una diminuzione del sangue cerebrale globale flusso e flusso sanguigno cerebrale regionale (rCBF). Le maggiori diminuzioni di rCBF si osservano in un insieme di aree sottocorticali e corticali, inclusi ponte dorsale, mesencefalo, talami, gangli della base, proencefalo basale, corteccia prefrontale, corteccia cingolata anteriore e precuneo (Figura 1 (b)).
Figura 1. Neuroanatomia funzionale del sonno umano normale non REM, valutata mediante H215O PET: (a) aree cerebrali in cui l’rCBF diminuisce in funzione della potenza delta durante il sonno non REM (stadi 2-4); (b) aree cerebrali in cui l’rCBF diminuisce durante il sonno non REM rispetto alla veglia e al sonno REM. In (a), le sezioni dell’immagine vengono visualizzate su diversi livelli dell’asse z, come indicato nella parte superiore di ciascuna immagine. La scala dei colori indica l’intervallo di valori z per i voxel attivati, sovrapposti a un’immagine MRI canonica pesata in T1. I voxel visualizzati sono significativi in p & lt; 0,05 dopo la correzione per confronti multipli. Si noti che diverse analisi (correlazione (a) vs sottrazione (b)) hanno dato luogo a risultati sorprendentemente simili in termini di distribuzione del flusso sanguigno regionale. MRI, risonanza magnetica per immagini; PET, tomografia a emissione di positroni; rCBF, flusso sanguigno cerebrale regionale; REM, movimento rapido degli occhi. Adattato da Maquet P, Degueldre C, Delfiore G, et al. (1997) Neuroanatomia funzionale del sonno umano a onde lente. Journal of Neuroscience 17 (8): 2807-2812. Copyright 1997 by the Society for Neuroscience.
Dai dati sugli animali del sonno non REM era prevista una minore attività nel tronco cerebrale e nel talamo -meccanismi di generazione; una ridotta frequenza di scarica nel tronco cerebrale induce l’alternanza sequenziale di modelli di iperpolarizzazione lunga e depolarizzazione breve nei neuroni talamici, che porta alla formazione di ritmi di sonno non REM (fusi, oscillazioni delta e lenti) tra le reti talamocorticali. A causa della bassa risoluzione temporale della tecnica PET (ovvero, una scansione è l’attività mediata su un periodo di tempo compreso tra 40 e 90 s) e perché le influenze emodinamiche dell’iperpolarizzazione predominano su quelle delle fasi di depolarizzazione, aree del cervello dove non I ritmi del sonno REM sono più espressi e appaiono disattivati negli studi PET.
A livello corticale, il pattern di disattivazione non è distribuito in modo omogeneo. In effetti, le aree meno attive nel sonno non REM si trovano nelle cortecce associative, in particolare nella corteccia prefrontale ventromediale (VMPF), che include la corteccia cingolata orbitofrontale e anteriore. Il VMPF è anche una delle aree cerebrali più attive durante lo stato di riposo sveglio ed è coinvolto in importanti processi cognitivi come il monitoraggio dell’azione e il processo decisionale. Al contrario, le cortecce primarie erano le aree corticali meno disattivate durante il sonno non REM. Questa specifica segregazione dell’attività corticale rimane scarsamente compresa, sebbene siano state proposte alcune ipotesi, ad esempio, (1) che le aree associative potrebbero essere più profondamente influenzate dai ritmi del sonno non REM rispetto alle cortecce primarie perché sono le aree cerebrali più attive durante la veglia e (2) che l’intensità del sonno è omeostaticamente correlata alla precedente attività di veglia a livello regionale.
Il precuneo è un’altra area corticale che mostra un’attività ridotta durante il sonno non REM negli studi PET. È una regione particolarmente attiva nella veglia, durante la quale è coinvolta nei processi di immaginazione mentale visiva, nel recupero esplicito della memoria e nella coscienza. Il precuneo viene disattivato anche durante altri stati di diminuzione della coscienza come sedazione farmacologica, stati ipnotici e stati vegetativi. Il ruolo del precuno durante il sonno rimane ancora poco chiaro. La sua ridotta attività durante il sonno non REM potrebbe riflettere una compensazione omeostatica di un’elevata attività di veglia.
Anche il proencefalo basale e i gangli della base (principalmente lo striato) sono stati trovati costantemente disattivati durante non-REM dormire negli studi sul sonno PET. Il proencefalo basale è una struttura funzionalmente e strutturalmente eterogenea in cui la maggior parte dei neuroni è coinvolta nell’attivazione corticale durante la veglia e il sonno REM. La sua disattivazione durante il sonno non REM può quindi riflettere una minore attività di questi neuroni che promuovono l’eccitazione. Il ruolo dei gangli della base, e in particolare dello striato, nella regolazione del sonno, tuttavia, rimane speculativo. Sono state avanzate due ipotesi.In primo luogo, lo striato riceve massicci input afferenti dalla corteccia frontale e dal talamo, che sono anche disattivati durante il sonno non REM. È molto probabile che queste strutture partecipino alla formazione di ritmi di sonno non REM oscillando in modo sincrono tra lunghe fasi di iperpolarizzazione e raffiche di scariche. A causa delle connessioni frontali e talamo-striatali, i neuroni dei gangli della base possono anch’essi oscillare seguendo questi schemi sequenziali del ritmo del sonno non REM e, quindi, apparire disattivati a livello macroscopico. Secondo la seconda proposta, lo striato può anche inviare proiezioni al nucleo tegmentale peduncoloopontino (PPT) nel tronco encefalico e indurre la disinibizione di questa struttura attivante, portando successivamente all’eccitazione corticale durante la veglia. In questa prospettiva, la diminuzione dell’attività nello striato durante il sonno non REM può essere correlata anche a una ridotta propensione all’eccitazione.
Gli studi PET non si sono limitati a confrontare l’attività tra il sonno non REM e altre fasi di sonno o veglia. Un altro modo per descrivere l’attività cerebrale durante questa fase del sonno era cercare i correlati neurali delle oscillazioni del sonno non REM (fusi e onde delta) cercando aree cerebrali in cui i valori rCBF sono correlati con l’attività EEG di interesse (cioè, la densità di potenza nella banda di frequenza sigma o delta). Utilizzando questo approccio, è stato dimostrato che l’attività del mandrino (12-15 Hz) è correlata negativamente con l’rCBF nel talamo, il che significa che maggiore è la densità di potenza all’interno della gamma di frequenza del fuso nelle registrazioni EEG, minore è l’attività talamica. Questo risultato è in linea con i meccanismi di generazione del fuso nei mammiferi, che sono dominati dalla ripetizione ciclica dell’iperpolarizzazione e degli spike burst nei neuroni talamici. L’attività delta (1,5–4 Hz) è correlata negativamente con rCBF nel VMPF, nel proencefalo basale, nello striato e nel precuneo (Figura 1 (a)). La mappa risultante è molto simile alla mappa del cervello delle regioni meno attivate durante il sonno non REM rispetto al sonno REM e alla veglia (Figura 1 (b)), il che sottolinea l’idea che l’attività delta sia una caratteristica importante del sonno non REM . Una delle principali differenze, tuttavia, è l’assenza di correlazione significativa tra l’attività delta e del talamo, mentre il talamo è marcatamente disattivato durante il sonno non REM rispetto ad altre fasi del sonno o veglia. Questa discrepanza può essere spiegata tenendo conto che negli animali sono stati descritti due tipi di attività delta: un ritmo delta stereotipato, la cui generazione dipende dalle proprietà intrinseche dei neuroni talamocorticali, e un ritmo delta polimorfo corticale, che persiste dopo un’estesa talamectomia. Pertanto, la mappa di correlazione delta potrebbe riflettere preferenzialmente le aree cerebrali coinvolte nella generazione di onde delta corticali durante il sonno non REM. La fisiologia di queste oscillazioni delta generate corticamente e la loro relazione con il ritmo lento sono ancora poco conosciute.
Va sottolineato qui che i modelli di disattivazione trovati con gli studi PET non implicano che queste aree cerebrali rimangano inattive durante il sonno non REM. Come già affermato, le oscillazioni del sonno non REM sono prodotte dall’alternanza ricorrente e sequenziale di fasi di iperpolarizzazione e depolarizzazione nei neuroni talamici e corticali. Questi ultimi sono caratterizzati da raffiche di attivazione neuronale temporalmente organizzate dall’oscillazione lenta del sonno non REM. La PET è insensibile a queste esplosioni perché media l’attività cerebrale su lunghi periodi, durante i quali gli effetti sulla funzione cerebrale regionale di periodi di iperpolarizzazione prolungati superano quelli di fasi di depolarizzazione più brevi. Questo problema dovrebbe essere affrontato in studi futuri utilizzando tecniche con una risoluzione spaziale e temporale più elevata, come la risonanza magnetica funzionale EEG combinata (fMRI), che fornirà modelli di attivazione più vicini alla fisiologia del sonno non REM autentica, dominata da sincrono e basso -oscillazioni di frequenza.