AREE DI RICERCA

  • Regolazione del sonno
  • Transizioni del sonno
  • Differenze individuali, stabilità e aspetti genetici del sonno
  • Sonno e memoria
  • Sonno ed eccitabilità corticale
  • Plasticità neurale e TMS
  • Disturbi del sonno
  • Dreaming
  • Sonno e Malattia di Alzheimer
  • Plasticità neurale in soggetti mielolesi
  • Sonniloquio, memoria dichiarativa e corrispondenza con i contenuti onirici
  • Correlati EEG di sonno nella dislessia

 

Regolazione del sonno

Negli anni passati sono stati condotti numerosi studi sugli effetti della deprivazione di sonno (sia selettiva che totale) a carico della struttura del sonno successivo, sulla sonnolenza e sulla prestazioni motorie, sensoriali e cognitive. Con il sempre più crescente interesse e ricorso alle tecniche di analisi quantitativa dell’EEG, sono stati studiati i cosiddetti “processi locali” del sonno: tali studi hanno mostrato che la deprivazione di sonno profondo (slow wave sleep-SWS) influenza in maniera diversa aree diverse della corteccia cerebrale. Di grande interesse è stato lo studio delle caratteristiche di regolazione del sonno in gemelli mono- e di-zigoti. Sono stati estensivamente studiati anche gli eventi fasici del sonno REM (rapid eye movements) e NREM (non-rapid eye movements). Tali contributi sperimentali hanno permesso di mostrare una sostanziale indipendenza dei diversi eventi fasici del sonno REM (MEMAs -middle-ear motor activity, attività motoria dell’orecchio medio, e REMs -rapid eye movements, movimenti oculari rapidi). Inoltre tra veglia e sonno REM è stata anche rilevata una relazione complementare per quanto riguarda l’attività fasica oculomotoria e dell’orecchio medio. Relativamente all’attività fasica del sonno NREM, invece, particolare attenzione è stata dedicata ai grafoelementi tipici dello stadio 2 del sonno (fusi del sonno e complessi K): è stato osservato che i fusi sono in relazione reciproca con il sonno SWS, presentando anche un specifica distribuzione topografica, mentre i complessi K agiscono come degli anticipatori delle onde delta tipiche del sonno SWS. Attualmente le ricerche sono volte a comprendere il significato funzionale dei fusi del sonno e dei complessi K e le loro variazioni nell’invecchiamento sano e patologico. Gli studi si sono inoltre focalizzati sul sonno infantile. In un recente lavoro si è evidenziato come l’anteriorizzazione delle attività alpha e theta nel corso dei primi quattro anni di vita avvenga parallelamente alla maturazione corticale. Tale linea di ricerca è al momento direzionata verso l’individuazione dei fusi nel sonno infantile in relazione alla maturità corticale.
 

Le transizioni del sonno

Gli stati di transizione sono stati estensivamente studiati: particolare attenzione è stata prestata all’addormentamento e al risveglio. Sulla base dei risultati proposti dal nostro gruppo, il confine tra veglia e sonno va fatto slittare all’inizio dello stadio 2 del sonno, e soprattutto per quanto riguarda il periodo di addormentamento appare necessaria una revisione del significato funzionale delle classiche bande di attività EEG. Sono stati osservati alcuni cambiamenti quantitativi a carico dell’EEG: (1) una diffusione anteriore del ritmo alfa parallela all’addormentamento, e (2) una precoce sincronizzazione dell’EEG in diverse aree anteriori. Recentemente sono stati osservati fenomeni opposti al risveglio. Tali dati sono stati confermati mediante una nuova tecnica di analisi dei tracciati elettroencefalografici, la Direct Transfer Function (DTF), una tecnica che permette di mostrare le caratteristiche direzionali dell’accoppiamento funzionale di diverse regioni corticali. I dati DTF hanno indicato una prevalenza del flusso dell’attività EEG in direzione occipitale -> frontale in addormentamento; in modo interessante, tali effetti sono rafforzati dall’aumento della pressione del sonno. Infine, correlazioni significative sono state osservate tra movimenti oculari lenti e alterazioni dell’EEG in addormentamento, suggerendo che l’attività sigma può funzionare da trigger della iniziale riduzione e della finale scomparsa dei movimenti oculari lenti nell’ultima parte della transizione veglia -> sonno. Il nostro gruppo ha anche mostrato come l’inizio del sonno REM sia caratterizzato da un generale cambiamento dell’attività EEG in direzione di una diffusione della potenza spettrale verso le aree occipitali, distinguendo specificatamente una dominanza posteriore delle medie e alte frequenze dell’EEG. Il Laboratorio di Psicofisiologia del Sonno è stato anche intensamente coinvolto nel campo della ricerca applicata relativa al fenomeno dell’inerzia del sonno, utilizzando sia misure fisiologiche (EEG e potenziali evocati) che comportamentali e cognitive. Sono stati condotti diversi studi che hanno mostrato come le abilità cognitive e comportamentali al risveglio sono drasticamente ridotte, e come questo può essere spiegato sulla base di una ridotta attivazione corticale al risveglio. Con l’ausilio delle tecniche di deprivazione totale e selettiva di sonno, questi risultati sono stati ulteriormente confermati, permettendo di mostrare che l’inerzia del sonno è fortemente influenzata dalla quantità di SWS e dal debito di sonno accumulato.
 

Differenze individuali/stabilità/aspetti genetici del sonno

Recentemente il nostro gruppo ha riportato l’esistenza di un'impronta digitale EEG del sonno umano nel range di frequenza dei fusi del sonno.Con l’obiettivo di studiare le basi fisiologiche delle differenze individuali e usando un approccio che permette di enfatizzare le similarità intr-soggettive, è stato studiato il range dell’EEG del sonno NREM compreso tra 8.0-15.5 Hz. Abbiamo mostrato che ciascun individuo è caratterizzato da una specie di impronta dello spettro EEG, cioè una distribuzione peculiare delle potenze dell'EEG lungo l'asse antero-posteriore dello scalpo: tale impronta digitale è osservabile proprio nel range di frequenze comprese tra 8.0 e 15.5 Hz. Tale distribuzione delle potenze dell'EEG rimane stabile lungo sei notti consecutive di sonno (adattamento, baseline, deprivazione selettiva di sonno ad onde lente, recupero) caratterizzate da enormi differenze per quanto riguarda l'architettura e l'aspetto omeostatico. E' stato quindi suggerito che questa impronta digitale EEG possa essere correlata a differenze individuali cerebrali funzionali e anatomiche determinate geneticamente, piuttosto che a meccanismi connessi al sonno in sé.
Attualmente il nostro laboratorio è impegnato in uno studio volto a valutare le caratteristiche del sonno di gemelli mono- e dizigoti.


 

Sonno, memoria ed emozioni

Il nostro laboratorio è impegnato in due linee di ricerca relative ai rapporti tra sonno e memoria. La prima nasce dalla collaborazione con il Centro per la Chirurgia dell'Epilessia  "Claudio Munari" dell'Ospedale Niguarda (Milano), ed utilizza le registrazioni EEG intracraniche in pazienti affetti da epilessia. Questi pazienti vengono sottoposti a compiti di memoria procedurale e dichiarativa e la loro attività elettrica ippocampale e corticale è registrata sia durante i compiti cognitivi sia durante il sonno successivo: lo scopo è di valutare gli effetti di apprendimenti di diverso materiale sulla comunicazione ippocampo-corticale. La seconda linea di ricerca, invece, è sviluppata in collaborazione con il Laboratorio di Psicofisiologia del Sonno e Neuroscienze Cognitive dell'Università degli Studi dell'Aquila, ed è finalizzata allo studio delle relazioni esistenti tra il sonno umano normale e patologico, la deprivazione di sonno e la funzionalità dei lobi frontali, con particolare riferimento alle funzioni esecutive e alla regolazione emozionale.
 

Sonno ed eccitabilità corticale

Negli ultimi anni il nostro gruppo ha introdotto nel campo della ricerca sul sonno l'uso di una nuova tecnica non invasiva chiamata Stimolazione Magnetica Transcranica (SMT), che permette di valutare l'eccitabilità delle aree corticali motorie. Grazie alla SMT abbiamo studiato l'inibizione e la facilitazione intracorticale al risveglio da diversi stadi del sonno: i risultati hanno indicato un incremento significativo dell'attivazione corticale motoria durante il sonno REM rispetto al sonno ad onde lente e alla veglia. In un altro paradigma sperimentale, la SMT è stata anche usata per valutare (per la prima volta in soggetti umani) la connettività callosale al risveglio da diversi stadi del sonno. I risultati hanno indicato un drastico calo nell'inibizione transcallosa durante il sonno REM: tale variazione nella connettività interemisferica potrebbe spiegare alcune caratteristiche tipiche dell'attività onirica e del ricordo dei sogni. Recentemente abbiamo valutato gli effetti della deprivazione di sonno sull'eccitabilità corticale, valutata tramite i potenziali evocati somatosensoriali (PES). Tramite questo protocollo sperimentale abbiamo osservato un incremento di eccitabilità corticale in seguito a veglia prolungata, correlato alle variazioni di sonnolenza espressa a livello soggettivo e comportamentale. Tale risultato potrebbe indicare un ruolo del sonno nel mantenere l'eccitabilità corticale ad un livello ottimale (ovvero non pericoloso) per il cervello umano. Coerentemente, l'incremento di eccitabilità corticale potrebbe essere uno dei meccanismi alla base delle alterazioni comportamentali osservabili dopo deprivazione di sonno.

 

Plasticità neurale e TMS

Nella scia della plasticità neurale indotta (o favorita) dal sonno sono stati utilizzati nuovi metodi di indagine per la valutazione delle variazioni a carico delle connessioni cerebrali. E' stato recentemente proposto un paradigma denominato Paired Associative Stimulation (PAS) che consiste nell’associazione di uno stimolo elettrico periferico e di uno stimolo magnetico a livello centrale (area motoria primaria, M1). Intervallando opportunamente i due stimoli, è possibile modulare l’eccitabilità del sistema motorio come riscontrato dalla modificazione del Potenziale Evocato Motorio (PEM) allo stimolo magnetico. Questa modulazione che si può indurre a breve termine e che può durare fino a 60 min, può essere considerato un buon modello di potenziamento a lungo termine (LTP-like).
Un primo studio svolto in questo laboratorio, ha avuto lo scopo di valutare l’efficacia di questo paradigma e la replicabilità degli effetti: i risultati hanno mostrato che il PAS induce un effetto replicabile in sessioni separate, sebbene con una scarsa reliability intra-soggetto. In un secondo studio abbiamo valutato gli effetti della deprivazione di sonno sulla capacità del PAS di indurre meccanismi LTP-like, osservando: 1) l'assenza di cambiamenti significativi durante il periodo di deprivazione di sonno; 2) un'elevata variabilità intra- ed inter-individuale. Tali risultati suggeriscono particolare cautela nella valutazione longitudinale degli effetti del protocollo PAS sulla plasticità corticale.

 

Disturbi del sonno

E' stato valutato l'effetto della somministrazione di un placebo sulla struttura del sonno di un gruppo di soggetti affetti da lievi disturbi del sonno. I risultati hanno mostrato un miglioramento della qualità del sonno, con una riduzione della veglia intrasonno e dei risvegli, e un incremento del sonno profondo (ritmo delta). Tutti questi dati hanno permesso di concludere che la somministrazione di una sostanza farmacologicamente inerte può leggermente migliorare sia le misure soggettive del sonno sia quelle oggettive-fisiologiche. Un altro interesse del nostro laboratorio è orientato allo studio dei correlati psicologici dei disturbi del sonno. In questo caso alcuni lavori sono stati finalizzati a chiarire le relazioni esistenti tra la caratteristica di personalità dell'alessitimia e gli aspetti del sonno e del sogno: i risultati hanno mostrato una generale difficoltà dei soggetti alessitimici a rievocare i propri sogni. Altri lavori, hanno poi evidenziato come questi effetti sono fortemente correlati ai (estatisticamente spiegati dai) livelli di depressione. Sulla base di questi dati è stata quindi suggerita una revisione delle più classiche ipotesi riguardo al concetto di alessitimia come entità nosologica autonoma ed indipendente. Infine, è in corso uno studio in collaborazione con il Laboratorio del Sonno dell'ospedale Universitario di Ginevra (diretto dalla Dr.ssa Emilia Sforza) finalizzato a studiare i processi locali nel sonno di pazienti affetti da insonnia mispercettiva,insonnia primaria e ipersonnia.

 

Dreaming

Il sogno è divenuto soltanto recentemente un oggetto di studio scientifico. Da un punto di vista prettamente psicofisiologico, molteplici studi hanno evidenziato negli ultimi anni la possibilità di individuare i correlati elettrofisiologici (EEG) del ricordo onirico. Lo studio condotto dal nostro gruppo evidenzia che il decremento dell'alpha temporo-parietale in NREM e l'incremento del theta frontale in REM negli ultimi minuti di sonno precedenti il risveglio sono predittivi del successivo ricordo onirico. Si consideri, inoltre, che tali pattern risultano essere correlati, in veglia, ad un successo nella codifica e recupero di memorie dichiarative-episodiche. Ritenendo che il ricordo onirico stesso possa essere considerato al pari di una traccia di memoria episodica, è stato possibile ipotizzare una continuità tra i meccanismi che regolano le memorie episodiche tra la veglia e il sonno. Tale dato sembra peraltro avvalorato da un altro recente studio da noi condotto mediante l'innovativa tecnica di neuroimaging Diffusion Tensor Imaging (DTI), nel quale è stato evidenziato che specifiche caratteristiche del ricordo onirico risultano associate ai parametri microstrutturali dell'amigdala e dell'ippocampo; in particolar modo le caratteristiche microstrutturali dell’amigdala sono associate ai livelli di bizzarria e di intensità emotiva dei contenuti onirici. Le caratteristiche qualitative dei sogni sembrano inoltre influenzate dalla dopamina. Un nostro recentissimo lavoro ha, infatti, riscontrato che i pazienti affetti da malattia di Parkinson, con alterazioni a livello del sistema dopaminergico mesolimbico, riportano resoconti onirici qualitativamente più poveri rispetto al gruppo di controllo. Infine, considerando che la maggior parte degli studi condotti nell'ambito del dreaming sono stati realizzati mediante protocolli between subjects, la nostra ricerca è attualmente indirizzata a chiarire se i pattern EEG associati al ricordo onirico siano ascrivibili a fattori di stato, contingenti alla cornice fisiologica da cui il soggetto viene risvegliato, o a fattori di tratto, ossia caratteristiche stabili dei soggetti registrati.

 

Sonniloquio, memoria dichiarativa e corrispondeza tra vocalizzazioni notturne e contenuti onirici

Il sonniloquio, o sleep talking (ST), è definito dalla International Classification of Sleep Disorders (ICSD-2, 2001) come produzione verbale o vocalizzazione che avviene durante il sonno, può essere spontanea o stimolata dall’interazione con un’altra persona, mentre la recente revisione di tale classificazione lo inserisce tra i "Sintomi isolati e le varianti normali" delle parasonnie (ICSD-3, 2014). Le ricerche disponibili non ne hanno permesso un'identificazione come disturbo specifico del sonno a onde lente o del sonno REM, né definito una sua influenza effettiva sulla qualità del sonno. La sua presenza in associazione ad altri disturbi del sonno o disturbi psichiatrici è più frequente per persone sopra i 25 anni (ICSD, 2001). Il fenomeno del sonniloquio è stato scarsamente studiato anche nei suoi aspetti fenomenologici e correlati neurali. Il nostro laboratorio è attualmente impegnato nell’approfondimento delle caratteristiche macro- e micro-strutturali del sonno notturno di soggetti ST e dei suoi aspetti fenomenologici (caratteristiche delle vocalizzazioni notturne) e di verificarne l’eventuale corrispondenza tra vocalizzazioni notturne, contenuto onirico e variabili elettrofisiologiche predittive di dream recall. Obiettivo parallelo sarà lo studio dell’eventuale influenza delle attivazioni vocali sull'overnight gain a un compito di memoria dichiarativo-verbale in condizioni di presenza/assenza di overt replay del materiale sperimentale all’interno delle vocalizzazioni notturne e report onirici. Gli ST si configurerebbero dunque come “espressione diretta” dei processi di ripasso, rielaborazione contestuale-semantica e consolidamento mnestico, con conseguente miglioramento delle prestazioni di memoria al mattino. Alternativamente, l’interferenza prodotta dagli ST sarebbe relata a un deterioramento delle performance al mattino, dovuto allo stato di arousal proprio del sonniloquio. Gli obiettivi ricercati saranno dunque la definizione di ST come eventuale fenomeno che influenzi le caratteristiche e la qualità del sonno, i processi di consolidamento mnestico sonno-dipendente e valido mezzo per accedere al contenuto onirico, per uno studio della continuità con le esperienze in veglia.

Di seguito, il poster presentato al World Sleep Congress 2017 (Praga, 7-12 Ottobre) con i risultati preliminari della nostra indagine sull’incidenza del sonniloquio in un campione italiano.

 

Sonno e Malattia di Alzheimer                   

Una componente sintomatologica della Malattia di Alzheimer (AD) consiste nella presenza di disturbi del sonno, i quali hanno una probabile origine multifattoriale. La perdita dei neuroni e il danneggiamento dei circuiti coinvolgerebbero principalmente il sistema colinergico, addetto ai processi di inizio e mantenimento del sonno. Una disregolazione del ciclo sonno-veglia potrebbe essere imputabile anche ad un’alterazione del nucleo sovrachiasmatico, una struttura ipotalamica in cui è localizzato l’orologio biologico. L’analisi macrostrutturale del sonno, ovvero la quantificazione del tempo trascorso in specifici stadi del sonno, mostra nell’AD un generale peggioramento, fenomeno che si verifica anche nel normale invecchiamento, ma ulteriormente amplificato in frammentazione e superficialità. La letteratura scientifica ha contribuito a fornire i seguenti riscontri: -incremento della durata e della frequenza di risvegli intra-sonno; -maggiore percentuale di stadio 1 e minore di sonno ad onde lente -Slow Wave Sleep- (SWS); -drastico declino del sonno REM rispetto ad anziani sani. L’analisi spettrale dell’EEG, la quale fornisce dati quantitativi rispetto alla semplice analisi visiva, ha rilevato la presenza del cosiddetto fenomeno di slowing, ossia un  incremento delle bande delta e theta e parallela riduzione delle frequenze alpha e beta nei pazienti AD rispetto ai soggetti anziani sani. Gli studi che hanno analizzato i cambiamenti quantitativi nel tracciato del sonno hanno riscontrato uno slowing nel sonno REM e una riduzione di ampiezza, durata e frequenza dei fusi del sonno e dei complessi K nel sonno NREM. Il nostro laboratorio, in collaborazione con il Policlinico Agostino Gemelli di Roma, sta portando avanti un progetto di ricerca volto ad indagare e confrontare tra loro i correlati elettrofisiologici di veglia e sonno in pazienti con AD, pazienti con lieve deterioramento cognitivo -Mild Cognitive Impairment- (MCI) e anziani sani. Gli obiettivi sono: confermare la presenza dello slowing EEG in veglia; rilevare le alterazioni topografiche sepatamente per sonno REM e NREM nei gruppi clinici rispetto ai controlli sani; e in maniera innovativa correlare i cambiamenti topografici tra i differenti stati fisiologici. La sezione longitudinale dello studio ha l’obiettivo di ritestare i pazienti MCI al fine di individuare markers elettrofisiologici di veglia e sonno in grado di discriminare pazienti stabili da  pazienti che convertono in AD.  

 

Plasticità neurale in soggetti mielolesi

 

Dislessia