Il cervello si reimposta durante il sonno: le sinapsi si riducono del 20% per fare “spazio”

Due ricercatori italiani dell’università del Wisconsin confermano l’ipotesi Shy

[3 febbraio 2017]

Impressionanti immagini al microscopio elettronico dell’interno del cervello dei topi spiegano quel che succede ogni giorno anche nel nostro cervello: le nostre sinapsi – le giunzioni tra le cellule nervose  crescono e ingrandiscono durante la stimolazione diurna e poi  si riducono di circa il 20% durante il sonn, creando lo spazio  per una maggiore crescita e l’apprendimento il giorno successivo.

Il progetto di ricerca di 4 anni ha prodotto lo studio “Ultrastructural evidence for synaptic scaling across the wake/sleep cycle”, pubblicato oggi in Science, offre una prova visiva diretta della “ipotesi dell’omeostasi sinaptica” (synaptic homeostasis hypothesis – Shy) proposta da due ricercatori italiani, Chiara Cirelli e Giulio Tononi del Wisconsin Center for Sleep and Consciousness del Dipartimento di psiciatria dell’università del Wisconsin–Madison, che sostengono  che il sonno è il prezzo che paghiamo perla plasticità del nostro cervello e per poter continuare a imparare cose nuove.

Questo studio, utilizzando metodi biochimici e molecolari, conferma l’ipotesi  Shy che le sinapsi subiscono un processo di ridimensionamento durante il sonno, e identifica i geni importanti per questo processo. «Quando una sinapsi viene ripetutamente attivata durante la veglia – spiegano all’università del Wisconsin – si rafforzano e  si crede che  questa crescita sia importante per l’apprendimento e la memoria. Secondo la Shy, tuttavia, questa crescita deve essere bilanciata per evitare la saturazione delle sinapsi e la scomparsa della segnalazione neurale e delle memorie. Si crede che il sonno sia il momento migliore per questo processo di rinormalizzazione, dal momento che quando dormiamo  prestiamo molta meno attenzione al mondo esterno e siamo liberi dal “qui e ora”».

Quando le sinapsi diventano più forti e più efficaci diventano anche più grandi, e invece si restringono quando si indeboliscono. Quindi Cirelli e Tononi e il loro team, per trovare la prova diretta della Shy, hanno cercato di determinare se la dimensione delle sinapsi subisse modifiche tra il sonno e la veglia. Per farlo, hanno usato un metodo con un’elevatissima risoluzione spaziale chiamato  serial scanning 3-D electron microscopy.

All’università del Wisconsin sottolineano che «La ricerca stessa è stata un’impresa enorme, con molti specialisti di ricerca che hanno lavorato per 4 anni a fotografare, ricostruire e analizzare due aree della corteccia cerebrale nel cervello di topo». Alla fine sono stati in grado di ricostruire 6.920 sinapsi e di misurare le loro dimensioni.

Volutamente, il team non sapeva se quelle che stava analizzando fossero le cellule del cervello di un topo ben addormentato o di uno sveglio. Quando hanno finalmente potuto fare i confronti,  hanno scoperto  che bastavano un paio d’ore di sonno per avere, in media, una riduzione del 18% delle dimensioni delle sinapsi. Questi cambiamenti avvengono in entrambe le aree della corteccia cerebrale e sono proporzionali alle dimensioni delle sinapsi.

La riduzione durante il sonno si verifica in circa l’80% delle sinapsi, ma non nelle sinapsi più grandi, che potrebbero essere associate a tracce di memoria più stabili.

Secondo la Cirelli, «Questo dimostra, in termini ultrastrutturali inequivocabili, che l’equilibrio delle  dimensioni e della forza sinaptica è sconvolto dalla Shy  e ripristinato dal sonno. E’ notevole che la stragrande maggioranza delle sinapsi nella corteccia subisca  un così grande cambiamento di dimensioni su poche ore di veglia e di sonno».

Tononi conclude: «Estrapolandoli dai topi agli esseri umani, i nostri risultati indicano che ogni sera migliaia di miliardi di sinapsi nella nostro corteccia potrebbero diventare più sottili di circa il 20%».