Un’altra area che è stata al centro di molte ricerche è la relazione tra sonno e apprendimento o formazione della memoria. Gli scienziati sanno per certo che il sonno è cruciale per l’apprendimento – ma quale fase del sonno è più importante?
L’apprendimento avviene nella leggera fase REM del sonno o nella profonda fase non-REM del sonno? Come fanno i neuroni in diverse aree del cervello a coordinarsi attraverso le fasi del sonno per facilitare l’apprendimento e il consolidamento della memoria?
Due studi che Medical News Today ha riportato aiutano a fare luce su queste domande.
Il sonno aiuta il cervello a imparare e a rimanere flessibile
Nel primo studio, gli sperimentatori hanno manomesso la fase di sonno profondo, non-REM dei partecipanti allo studio dopo aver chiesto loro di imparare una nuova serie di movimenti. Gli scienziati hanno monitorato l’attività cerebrale dei partecipanti – la loro corteccia motoria, in particolare – durante tutto lo studio.
Il team – guidato da scienziati con sede in Svizzera – ha scoperto che un sonno profondo inquieto ha portato ad una efficienza di apprendimento visibilmente ridotta. I ricercatori hanno spiegato che i loro risultati si basano sulle sinapsi del cervello e il loro ruolo nell’apprendimento.
Le sinapsi sono connessioni microscopiche tra i neuroni che, insieme alle sostanze chimiche del cervello, o neurotrasmettitori, facilitano il passaggio di impulsi elettrici da un neurone all’altro. Durante il giorno, le sinapsi si accendono in risposta agli stimoli che il cervello riceve dall’ambiente.
Ma durante il sonno, l’attività di queste sinapsi torna alla normalità. Senza questo periodo di riposo, rimangono eccitate al loro picco di attività per troppo tempo.
Questo interferisce con la neuroplasticità del cervello – cioè la sua capacità di ricablare se stesso e creare nuove connessioni tra i neuroni. La neuroplasticità permette al cervello di “raccogliere” nuove abilità, cambiare e adattarsi agli stimoli dell’ambiente, e infine imparare cose nuove.
Nicole Wenderoth, professore del dipartimento di scienze della salute e tecnologia al Politecnico di Zurigo, e co-autore principale spiega cosa è successo nel loro nuovo studio.
“Nella regione del cervello fortemente eccitata, l’efficienza di apprendimento era satura e non poteva più essere modificata, il che inibiva l’apprendimento delle abilità motorie”.
A conoscenza degli autori, questo è stato il primo studio che ha mostrato una relazione causale tra la fase profonda del sonno e l’efficienza di apprendimento. “Abbiamo sviluppato un metodo che ci permette di ridurre la profondità del sonno in una certa parte del cervello e quindi provare la connessione causale tra il sonno profondo e l’efficienza dell’apprendimento”, dice il co-autore dello studio Prof. Reto Huber.
Il sonno ci aiuta anche a disimparare
Il secondo studio che MNT ha riportato ha esaminato diverse fasi del sonno. Tuttavia, questa ricerca ha dimostrato che il sonno non solo permette al cervello di imparare cose nuove, ma anche di disimparare.
Lo studio originale del 2017 ha coinvolto un compito di apprendimento uditivo. I ricercatori hanno riprodotto sequenze di suoni mentre i partecipanti erano addormentati e svegli.
Hanno monitorato l’attività elettrica del cervello dei volontari utilizzando un elettroencefalogramma (EEG).
Gli EEG hanno anche catturato i fusi del sonno che si sono verificati quando il cervello addormentato ha imparato nuovi suoni. I fusi del sonno sono picchi di attività cerebrale oscillatoria che la ricerca precedente ha collegato con l’apprendimento e il consolidamento della memoria.
Dopo ogni sessione di sonno, gli sperimentatori hanno chiesto ai partecipanti di riascoltare le sequenze di suoni e riconoscerli. Hanno valutato le loro prestazioni di apprendimento attraverso dei test.
Utilizzando le letture EEG, gli scienziati hanno esaminato tre fasi del sonno: sonno REM, sonno leggero non REM e sonno profondo non REM.
Quando esposti ai suoni durante il sonno REM o durante il sonno leggero non REM, i partecipanti erano più bravi a riconoscerli da svegli. Ma, quando sono stati esposti ai nuovi suoni durante il sonno non-REM profondo, hanno avuto più difficoltà a riconoscere la sequenza di suoni durante la veglia.
Inoltre, mentre “i marcatori EEG di apprendimento sono stati prontamente osservati nel sonno leggero, erano marcatamente assenti nel sonno profondo”, riferiscono gli scienziati.
Inoltre, e soprattutto, non solo era difficile per i partecipanti riconoscere i suoni che i ricercatori avevano giocato a loro nel loro sonno profondo non-REM, ma hanno anche trovato più difficile (ri)imparare questi suoni, rispetto ai suoni completamente nuovi.
I risultati suggeriscono che il sonno profondo non-REM non è tanto per imparare cose nuove quanto per sopprimere le informazioni.
” la più grande sorpresa è venuta dalla capacità del cervello di disimparare. Così, sembra che durante il sonno, possiamo o formare nuovi ricordi, imparare, o fare il contrario: sopprimere i ricordi e disimparare”.
– Thomas Andrillon, primo autore dello studio
Si aggiungono anche alle prove che il sonno profondo aiuta a mantenere la neuroplasticità. In particolare, il sonno leggero non-REM (fase 2) può aiutare ad eccitare le sinapsi, mentre il sonno profondo non-REM può aiutarle a rilassarsi, o “downscale.”
“Tale contrasto tra luce e sonno profondo è coerente con una distinzione qualitativa tra queste due fasi del sonno in relazione alla plasticità neurale”, scrivono gli autori. “Secondo questa visione, il sonno leggero favorisce il potenziamento sinaptico, mentre il sonno profondo favorisce il ridimensionamento sinaptico”.
“Non suggeriamo alcun ruolo funzionale per l’effetto soppressivo delle informazioni presentate durante il sonno”, aggiungono. “Piuttosto, sembra un sottoprodotto inevitabile del ridimensionamento sinaptico necessario per scopi omeostatici.”
In altre parole, il sonno profondo può aiutarci a disimparare o dimenticare perché dimenticare è un sottoprodotto naturale della conservazione della neuroplasticità; dimenticare è un sottoprodotto della nostra capacità di imparare.
Unificare le teorie del sonno
Andrillon e colleghi hanno anche spiegato che i loro risultati sono significativi perché aiutano a unificare due scuole di pensiero precedentemente contraddittorie. Una vede la funzione primaria del sonno come apprendimento e consolidamento di nuove informazioni. L’altra lo vede come scartare le informazioni inutili per non sovraccaricare il cervello.
Come gli scienziati raccolgono sempre più prove neuroscientifiche su come funziona il sonno, diventa evidente che nel complesso, tali divisioni e dicotomie non sono forse il modo più utile di guardare il sonno o il ruolo del sonno nell’apprendimento.
Per esempio, uno studio pubblicato solo il mese scorso mostra che il sonno REM e non-REM lavorano insieme per aumentare l’apprendimento.
In particolare, il sonno non-REM aumenta le prestazioni delle competenze appena acquisite ripristinando la flessibilità e la neuroplasticità, mentre il sonno REM stabilizza questi miglioramenti e impedisce che il nuovo apprendimento li cancelli.
La nuova ricerca è partita dalla stessa ipotesi che gli studi di cui sopra sembrano evidenziare – che il sonno deve rafforzare le sinapsi e le connessioni neuronali create durante il giorno (per solidificare le nuove conoscenze e impedire che vengano sovrascritte da nuove informazioni). Tuttavia, deve anche “ridimensionare”, o rilassare o indebolire, le sinapsi per preservare la loro flessibilità e la neuroplasticità del cervello.
Questo studio – guidato da Masako Tamaki, del Dipartimento di Scienze Cognitive, Linguistiche e Psicologiche della Brown University di Providence, RI – ha coinvolto un compito di apprendimento visivo. I ricercatori hanno assegnato a un gruppo di partecipanti due compiti diversi, uno prima del sonno e uno dopo il sonno. L’altro gruppo non ha ricevuto alcun compito di apprendimento.
Gli scienziati hanno usato scanner MRI ed elettrodi che hanno applicato alla testa e alle palpebre dei partecipanti. Hanno anche usato la spettroscopia a risonanza magnetica per misurare le due sostanze chimiche del cervello coinvolte nella plasticità neurale (o flessibilità delle sinapsi) e nella stabilizzazione.
Tamaki e il team hanno scoperto che la neuroplasticità aumentava durante il sonno non-REM. Questo aveva associazioni con un migliore apprendimento e prestazioni di compiti dopo il sonno.
Durante il sonno REM, la plasticità neurale dei partecipanti è diminuita, il che era correlato alla stabilizzazione di ciò che avevano imparato. I ricercatori ipotizzano che il sonno REM aiuta a prevenire che l’apprendimento prima del sonno sia sovrascritto dall’apprendimento successivo.
A differenza del sonno non-REM, i ricercatori hanno visto la forte caduta della plasticità durante il sonno REM solo tra i volontari con un compito da imparare.
Nelle parole dei ricercatori: “L’aumento durante il sonno NREM, indipendentemente dal fatto che l’apprendimento pre-sonno si sia verificato, ma è stato associato a guadagni di prestazioni post-sonno rispetto alle prestazioni pre-sonno. Al contrario, il è diminuito durante il sonno REM, ma solo dopo l’allenamento pre-sonno, e la diminuzione è stata associata alla stabilizzazione dell’apprendimento pre-sonno.”
“Questi risultati indicano che il sonno NREM promuove la plasticità, portando a guadagni di prestazioni indipendenti dall’apprendimento, mentre il sonno REM diminuisce la plasticità per stabilizzare l’apprendimento in modo specifico all’apprendimento.”
– Masako Tamaki et al.