Neuroanatomia del ciclo Sonno-Veglia: aree corticali e sottocorticali implicate

Per secoli l’uomo si è interrogato sull’effettiva utilità del sonno. Quando e perché è comparso nella scala evolutiva? A cosa serve? Quali sono i benefici che esso comporta e a quali costi? Molteplici teorie sono state avanzate, ma ad oggi non siamo ancora riusciti a fornire una spiegazione unica, condivisa e validata. Tuttavia, stiamo iniziando a comprendere come l’alternanza di stati di coscienza, quali il sonno e la veglia, sia regolata da meccanismi neuro-anatomici. Regioni differenti del cervello e meccanismi molecolari, sono alla base di questo affascinante processo che gli studiosi definiscono “ciclo sonno-veglia”. Evidenze empiriche mostrano come alla base di esso vi sia la regolazione di strutture come il tronco cerebrale, l’ipotalamo, il talamo e il proencefalo basale.

Meccanismi neuro-anatomici della veglia:

• Proencefalo basale: l’ipotalamo laterale e l’acetilcolina aumentano l’attivazione della corteccia, grazie a neuroni del proencefalo basale, detti “wake-on neurons”, che risultano attivi durante la vigilanza (Lee, 2005a). Lesioni del proencefalo basale comportano una perdita del sonno (Gerashchenko, 2003).
• Ipotalamo laterale: i neuroni dell’ipotalamo laterale sembrano attivarsi immediatamente prima del passaggio dallo stato di sonno alla veglia. È stato dimostrato come questi neuroni inviino segnali eccitatori a diverse regioni cerebrali promuovendo un aumento di adrenalina, istamina, dopamina e acetilcolina (coerentemente con quanto riportato in letteratura in merito ad una significativa riduzione dei neurotrasmettitori nello stato del sonno) (Siegel, 2004a). Lesioni dell’ipotalamo laterale inducono uno stato di sonnolenza (Gerashchenko, 2001).
• Nucleo tuberomammillare (TMN): in questa regione neuroni istaminergici comunicano con strutture corticali, l’amigdala e la sostanza nigra (Brown, 2001). Inoltre, TMN riceve input dall’ipotalamo laterale e da neuroni gabaergici dell’area preottica ventrale, i quali hanno una grande importanza nella modulazione dell’attività dei neuroni istaminergici (Ko, 2003). Una lesione in TMN comporta deficit nel ciclo sonno-veglia, deficitando il sonno e incrementando la veglia (Gerashchenko, 2004).
• Tronco cerebrale: la formazione reticolare-rostrale invia proiezioni al tronco cerebrale attraverso due circuiti che risultano essere alla base della regolazione del ciclo sonno-veglia.
  1. Via ascendente dorsale: questa via parte da neuroni del ponte e del mesencefalo (detti “neuroni wake-on / REM-on”), arrivando sino ai nuclei talamici che a loro volta sono connessi con la corteccia. Tali neuroni sono attivi durante la veglia e il sonno REM, ma durante il sonno nREM il loro ritmo risulta più lento (Morrison, 1999).
  2. Via discendente ventrale: questa via ha origine nel locus coeruleus e nel nucleo mediano del rafe, proiettando all’ipotalamo laterale, e termina nei neuroni magnocellulari della substantia innominata, del setto mediale e della banda diagonale (Jasper, 1949; Leite-Almeida , 2006; McCarley, 1999; Morrison, 1999). Queste cellule risultano attivarsi durante la veglia, ma inattivarsi nel sonno nREM e REM. Questo non ci stupisce in quanto il locus ceruleus, che è formato da neuroni noradrenergici, modula l’attività corticale e il comportamento eccitatorio (Aston-Jones, 1981). Parallelamente i neuroni serotoninergici del nucleo del rafe sono attivati durante la veglia ma diminuiscono la loro attività nel sonno nREM e risultano silenti nel sonno REM (Richard-Green, 2006).
  Infine, è doveroso sottolineare come il tegmento pontomesencefalico stimola i neuroni corticali tramite proiezioni acetilcolinergiche (ACh). Queste sono presenti nella veglia e nel sonno REM (in letteratura si osserva una correlazione del livello di ACh con il sogno (Eric Murillo-Rodríguez, 2012), ma silenti nel NREM (El Mansari, 1989).

Meccanismi neuro-anatomici del sonno:

• Nucleo soprachiasmatico: l’omeostasi e il meccanismo circadiano sono alla base dei processi di modulazione del sonno. Il primo è legato all’intensità e alla durata del sonno, in relazione alle esigenze del soggetto (se si ha una deprivazione di sonno l’individuo avrà un aumento dell’intensità e durata del sonno). Il meccanismo circadiano invece è originato dal nucleo soprachiasmatico dell’ipotalamo la cui attività influenza il ciclo sonno-veglia in relazione all’alternarsi del giorno e della notte (Easton, 2004a). È interessante notare come il nucleo soprachiasmatico proietti all’ipotalamo dorso-mediale il quale a sua volta proietta al VLPO, creando una rete neurale alla base del sonno.
• Proencefalo basale: studi recenti hanno dimostrato come la stimolazione del prosencefalo basale nel gatto produca sonno. Questo potrebbe essere associato all’attività di fibre inibitorie che partono dal prosencefalo basale per agire sul nucleo tuberomammillare (Saper, 1985; Saper, 2001).
• Nucleo preottico laterale e nucleo preottico mediale: come accennato precedentemente i pattern di scarica presenti durante la veglia tendono a ridurre significativamente durante il sono. Molti studi dimostrano come neuroni preottici gabaergici siano attivi durante il sonno ma non durante la veglia. Questi risultano attivi nel nucleo preottico mediale e laterale durante il sonno, esercitando un’azione inibitoria sulle strutture neurali implicate nella veglia (Gritti, 1998; Suntova, 2007).
• Nucleo preottico ventrolaterale: si tratta di un nucleo generatore del sonno grazie alla sua azione d’inibizione dell’effetto eccitatorio dell’ipotalamo posteriore (Sherin, 1996). Nello specifico è possibile distinguere due nuclei. Il primo situato nell’area preottica ventrolaterale (VLPO), il quale risulta associato al sonno ad onde lente, e il secondo posto nella sezione dorsale e mediale (extended VLPO), con un importante azione nella generazione del sonno REM (Lu, 2000).
• Tronco cerebrale: si osserva la presenza di neuroni acetilcolinergici i quali formano il nucleo del tegmento peduncolopontino (PPTg) e il nucleo del tegmento laterodorsale (LDTg). PPTg è fondamentale nella regolazione del sonno REM (sono stati descritti “neuroni REM-on”) (Webster, 1984).

Alla luce di quanto sopra descritto è possibile notare come l’alternanza del ciclo sonno-veglia sia regolata da regioni cerebrali e meccanismi neuro-molecolari differenti. Evidenze empiriche hanno inoltre individuato fattori endogeni e modificazioni geniche alla base dell’induzione di stati quali la veglia e il sonno. Per concludere, i punti di domanda sono ancora molti, tuttavia la scoperta dei meccanismi neurali associati a questi fondamentali cambiamenti di coscienza, sta avendo negli ultimi anni un’evoluzione repentina e decisamente molto promettente. Riusciremo a scoprire i misteri del sonno o il sonno si prenderà gioco di noi senza rivelare mai la sua vera essenza?

Bibliografia:

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