La matematica Karin Schwab e un team di neuroscienziati dell’Università Friedrich Schiller di Jena, Germania, hanno scoperto che i feti di pecora molto immaturi possono entrare in uno stato di sonno simile al sogno settimane prima di vedere i primi movimenti oculari rapidi. La loro analisi matematica potrebbe portare a una migliore comprensione dello scopo del sonno. Fornisce anche uno strumento per studiare come il cervello si sviluppa e per identificare i periodi vulnerabili nello sviluppo del cervello, quando il danno potrebbe portare alla malattia più tardi nella vita.
La ricerca appare in un numero speciale della rivista Chaos, che è pubblicata dall’American Institute of Physics (AIP). Il numero speciale è incentrato sulle dinamiche non lineari nei sistemi cognitivi e neurali. Si chiede come il caos influenzi alcune aree cerebrali e presenta approcci interdisciplinari a vari problemi nelle neuroscienze – incluso il sonno.
Misurare direttamente l’attività cerebrale di un feto umano nell’utero è impossibile. Quello che sappiamo sulle nostre prime abitudini di sonno proviene principalmente dall’osservazione dei movimenti degli occhi. Intorno al settimo mese di sviluppo di un feto, si vedono i primi movimenti rapidi degli occhi. Il cervello dell’embrione in via di sviluppo sembra ciclare ogni 20-40 minuti tra il sonno REM, in cui l’attività cerebrale rivaleggia con quella della coscienza, e il sonno non-REM, in cui il cervello si riposa. Le funzioni di questi cicli di sonno sono ancora un argomento molto dibattuto nel mondo della ricerca sul sonno.
Alcuni hanno cercato di misurare l’attività cerebrale dei bambini prematuri collegandoli a un elettroencefalogramma (EEG) dopo la loro nascita prematura. Queste misurazioni, secondo Schwab, sono tecnicamente difficili e piene di errori. Così i neurologi che studiano lo sviluppo del cervello fetale non sanno se i cicli del sonno appaiono semplicemente un giorno, o se si sviluppano lentamente da altre forme di attività cerebrale.
Per colmare questa lacuna nella conoscenza, Schwab ha studiato le pecore, un animale che tipicamente porta uno o due feti simili per dimensioni e peso a un feto umano. Il corso dello sviluppo del cervello è anche abbastanza simile nell’uomo e nella pecora, durando circa 280 giorni nell’uomo e 150 giorni nella pecora. Hanno registrato direttamente l’attività elettrica nel cervello di un feto di pecora di 106 giorni in via di sviluppo – qualcosa che non era mai stato fatto prima.
Utilizzando sofisticate tecniche matematiche per individuare i modelli, Schwab ha scoperto cicli nella complessità dell’attività cerebrale immatura. A differenza dei modelli di sonno nelle fasi successive dello sviluppo, questi cicli fluttuano ogni 5-10 minuti e cambiano lentamente man mano che il feto cresce.
Anche se è difficile immaginare ciò che il feto sperimenta durante questi cicli in termini familiari agli adulti, i modelli gettano nuova luce sulle origini del sonno. “Il sonno non si evolve improvvisamente da un cervello a riposo. Il sonno e i cambiamenti di stato del sonno sono processi regolati attivi”, dice Schwab. La scoperta si adatta ad altri dati che mostrano che le cellule cerebrali (neuroni) che generano gli stati di sonno maturano molto prima che il resto del cervello sia abbastanza sviluppato per cadere nel sonno REM.
Una migliore comprensione dello sviluppo del cervello potrebbe fornire indizi sulle malattie più tardi nella vita, come i disturbi neurologici o la morte in culla. La ricerca potrebbe anche far luce su questioni fondamentali su come si sviluppa il cervello. I cambiamenti ciclici nell’attività dei neuroni, per esempio, possono stimolare le altre cellule nervose a trovare e connettersi tra loro per creare reti complesse nel cervello. Analisi sofisticate dell’attività cerebrale potrebbero aiutare a rilevare le fasi vulnerabili durante questo sviluppo del cervello. Altre strade della ricerca di Schwab guardano l’impatto degli stimoli ambientali come il rumore o lo stress sul feto in via di sviluppo e se questi possono portare ad una maggiore suscettibilità alla malattia negli adulti.