Sonno e plasticità neurale

Implicazioni per la riabilitazione motoria e cognitiva

“If sleep does not serve and absolute vital function,
then it is the biggest mistake the evolutionary process ever made…”
Allan Rechtschaffen

 

 

Esiste ormai da tempo un generale consenso nel mondo scientifico rispetto all’esistenza di una stretta relazione tra apprendimento, plasticità neurale (ovvero l’insieme di meccanismi fisiologici alla base dei processi di apprendimento) e sonno. Una grossa mole di dati empirici mostra come il sonno faciliti il consolidamento delle memorie (Maquet, 2001; Gais e Born, 2004; Stickgold, 2005). Inoltre, l’induzione di cambiamenti nei meccanismi di plasticità neurale durante la veglia (tramite training specifici o tecniche di stimolazione cerebrale) è in grado di produrre, durante il sonno, coerenti e topograficamente specifiche variazioni di uno dei principali indicatori dell’intensità del sonno, ovvero l’attività elettrica corticale ad onde lente (Huber et al., 2004; 2006; 2007). Le variazioni dell’attività ad onde lente durante il sonno indotte da un compito di apprendimento percettivo visivo sembrano in grado di predire il livello di apprendimento al mattino successivo (Mascetti et al., 2013). Coerentemente, un’ampia letteratura dimostra che difficoltà di apprendimento sono osservabili in seguito a deprivazione di sonno (Drumer e Dinges, 2005) e numerosi studi sull’animale sembrano indicare che un periodo di deprivazione di sonno è in grado di provocare alterazioni nei meccanismi di plasticità neurale (Kopp et al., 2006; Bushey et al., 2011; Donlea et al., 2011; Vyazovskiy et al. 2009).

La plasticità neurale ha un ruolo cruciale nei processi di recupero motorio e cognitivo in seguito a differenti tipi di condizioni patologiche. La comprensione della relazione esistente tra sonno e plasticità neurale, pertanto, risulta essenziale in ambito riabilitativo. In altri termini, se il sonno è coinvolto nella modulazione dei meccanismi di plasticità neurale, i protocolli riabilitativi dovrebbero essere costruiti tenendo in considerazione anche il possibile ruolo del sonno nei processi di recupero funzionale. In una review del 2013 pubblicata sulla rivista Neural Plasticity, oltre a mettere a confronto i principali modelli attualmente proposti per spiegare la relazione tra sonno e meccanismi di plasticità neurale ed a passare il rassegna i dati relativi agli effetti della deprivazione di sonno su tali meccanismi, abbiamo illustrato come i processi di plasticità sonno-dipendente potrebbero essere coinvolti nel recupero funzionale in diverse condizioni patologiche (Gorgoni et al., 2013). Prendiamo in considerazione alcuni esempi.

Le ricerche sui casi di danno cerebrale successivo ad ictus sono particolarmente significative per quanto riguarda il ruolo della relazione tra sonno e plasticità neurale nel recupero motorio. Diversi studi sugli animali indicano la presenza di alterazioni nella fisiologia del sonno in seguito ad ictus (Baumann et al., 2006; Gao et al., 2010), che a loro volta incidono negativamente sui processi cellulari legati al recupero funzionale (Gao et al., 2010; Zunzunegui et al., 2011). Inoltre, l’utilizzo di farmaci in grado di promuovere il sonno ad onde lente è in grado di indurre un recupero motorio più rapido nei topi (Gao et al., 2008). Gli studi sull’umano sono ancora pochi ma, in generale, mostrano come il sonno migliori l’apprendimento motorio in pazienti post-ictus (Siengsukon e Boyd, 2008; 2009a; 2009b). Inoltre, i pochi dati elettroencefalografici (EEG) attualmente disponibili in letteratura indicano in questi pazienti la presenza di alterazioni dell’attività elettrica cerebrale del sonno (Poryazova et al., 2015), il significato funzionale delle quali necessita di essere approfondito. Stanti questi risultati e data l’elevata frequenza di disturbi del sonno in questi pazienti (direttamente connessi con la malattia o dovuti a fattori secondari come trattamenti farmacologici o problematiche emotive), si comprende come il ruolo del sonno durante un periodo di riabilitazione post-ictus non dovrebbe essere sottostimato.

I dati relativi alle implicazioni della relazione tra sonno e plasticità neurale per il recupero cognitivo, allo stato attuale, sono meno solidi rispetto a ciò che concerne il recupero motorio.

Alcuni studi hanno preso in considerazione i pazienti affetti da sindrome delle apnee ostruttive nel sonno, disturbo caratterizzato da cessazione/riduzione della respirazione durante il sonno, in grado di provocare ipossia intermittente, frammentazione del sonno, sonnolenza diurna ed aumentato rischio di problemi cardiovascolari. Tali pazienti sono spesso caratterizzati da deterioramento cognitivo. Alcune ricerche sembrano indicare che alla base di tale deterioramento cognitivo ci sarebbero alterazioni della plasticità neurale legate alla frammentazione del sonno (Xie e Yung, 2012; Xie et al., 2010). E’ stato ipotizzato, pertanto, che strategie terapeutiche basate sul rafforzamento dei meccanismi di plasticità sinaptica potrebbero migliorare il funzionamento neurocognitivo in questi pazienti (Xie e Yung, 2012; Xie et al., 2010). Lo studio della relazione tra sonno e plasticità, pertanto, potrebbe risultare di fondamentale importanza per il recupero cognitivo.

Dati interessanti derivano dalle ricerche sui pazienti affetti da malattia di Alzheimer, il più comune tipo di demenza legato all’invecchiamento. E’ ben noto come tale disturbo sia caratterizzato da numerose alterazioni del sonno (Petit et al., 2005), alcune delle quali potrebbero rappresentare degli indicatori biologici in grado di permettere una precoce identificazione della malattia. Diverse evidenze empiriche indicano che in soggetti caratterizzati da Mild Cognitive Impairment (MCI), ovvero quello che viene considerato lo stadio pre-clinico della malattia di Alzheimer, la somministrazione di melatonina ha prodotto non solo un miglioramento della qualità del sonno, ma anche una riduzione dei sintomi depressivi e un miglior funzionamento cognitivo (Cardinali et al., 2010). Studi sugli animali suggeriscono l’ipotesi che tali effetti benefici di un miglioramento del sonno sul funzionamento cognitivo negli Alzheimer siano dovuti ad un rafforzamento della plasticità sinaptica, fortemente compromessa in questi pazienti (Kang et al., 2009; Osorio et al., 2011). La riduzione delle alterazioni del sonno in questi pazienti, pertanto, potrebbe aiutare a ripristinare i meccanismi di plasticità neurale permettendo un rallentamento del deterioramento cognitivo.

Alterazioni e disturbi del sonno sono estremamente frequenti nei bambini affetti da autismo (Giannotti et al., 2008). Alcune evidenze indicano la presenza di un deficit nella secrezione di melatonina in questi soggetti, che sembrerebbe rappresentare un fattore di rischio per lo sviluppo del disturbo (Kulman et al., 2000; Leu et al., 2011; Yamashita et al., 1999). E’ stato proposto per l’autismo un modello di relazione tra disturbi dell’apprendimento, alterati meccanismi di plasticità sinaptica, ipofunzionamento pineale, ridotti livelli di melatonina ed alterazioni del sonno (Yun et al., 2004). Secondo gli autori, promuovere il sonno tramite la melatonina in questi pazienti ridurrebbe le difficoltà di apprendimento ripristinando i meccanismi di plasticità sinaptica. Coerentemente con tale ipotesi, la somministrazione di melatonina migliora la qualità del sonno in questi pazienti (Andersen et al., 2008; Giannotti et al., 2008) e la secretina, un ormone che stimola la melatonina, induce una temporanea riduzione dei sintomi autistici (Welch et al., 2004).

E’ evidente come, nonostante le numerose evidenze relative alla relazione tra sonno e plasticità neurale, la ricerca sull’influenza dei meccanismi di plasticità neurale sonno-dipendenti in un contesto riabilitativo sia solo agli inizi.. Nonostante ciò, i dati presentati nella review (Gorgoni et al., 2013) suggeriscono come il ruolo del sonno e delle sue alterazioni nel corso di periodi di riabilitazione motoria e cognitiva non dovrebbe essere (come spesso accade) sottovalutato. Il recupero funzionale in diverse condizioni cliniche potrebbe beneficiare della promozione del sonno tra sessioni di terapia e del trattamento dei disturbi del sonno associati alla condizione patologica in esame, non solo per un generico miglioramento delle condizioni di vita, ma soprattutto per specifici effetti sulla plasticità. Pertanto i futuri studi, oltre ad arricchire con solide evidenze le conoscenze relative all’influenza dei meccanismi di plasticità sonno-dipendenti sul recupero funzionale, dovranno affrontare la sfida di sviluppare metodi che rinforzino direttamente tali meccanismi durante il processo riabilitativo. Ad esempio, sono ormai tante le evidenze che indicano come l’applicazione di tecniche di stimolazione cerebrale durante il sonno sia in grado di promuovere la prestazione diurna in compiti di memoria, verosimilmente rinforzando i meccanismi di plasticità sinaptica (Massimini et al. 2007; Marshall et al., 2006). Sarebbe interessante valutare l’applicabilità di tali tecniche durante il sonno in un contesto riabilitativo, con lo scopo di migliorare il processo di recupero funzionale tramite la promozione diretta dei meccanismi di plasticità sonno-dipendenti.

Infine, un’implicazione clinica della relazione esistente tra attività elettrica cerebrale ad onde lente durante il sonno e plasticità neurale consiste nel fatto che monitorare l’EEG di sonno durante un periodo di trattamento potrebbe essere un utile metodo per comprendere meglio il funzionamento di specifici protocolli riabilitativi ed il loro impatto sui meccanismi plastici. Un esempio di questo tipo di approccio viene da recenti studi che dimostrano come pazienti afasici (post-ictus) sottoposti ad una specifica strategia terapeutica mostrano un coerente incremento regionale dell’attività EEG ad onde lente durante il sonno non-REM, predittivo del successivo miglioramento funzionale (Sarasso et al., 2010; 2014). Tale dato è indicativo delle possibilità offerte dal monitoraggio dell’attività elettrica cerebrale durante il sonno per la comprensione delle basi fisiologiche del recupero in condizioni patologiche.

Per approfondire, il link alla review: https://www.hindawi.com/journals/np/2013/103949/

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