Sonno-Gattino addormentato – foto illustrativa. Credito immagine: Kate Stone Matheson tramite Unsplash, licenza gratuita-
Recenti ricerche sul sonno rivelano connessioni inaspettate tra il cervello e l’intestino.
Il sonno è una delle attività umane essenziali, così essenziale, infatti, che se non dormiamo abbastanza anche solo per una notte, potremmo avere difficoltà a pensare, reagire e altrimenti riuscire a superare la giornata. Tuttavia, nonostante la sua importanza per il funzionamento e la sopravvivenza, gli scienziati non comprendono ancora appieno come funziona il sonno.
Gattino addormentato – foto illustrativa. Credito immagine: Kate Stone Matheson tramite Unsplash, licenza gratuita
Dragana Rogulja è una neurobiologa alla ricerca di svelare la biologia di base del sonno. Arrivata in ritardo nella scienza, come autodefinitasi, Rogulja è stata attratta da domande che considera “ampiamente interessanti e facili da capire a livello umano di base”.
Una di queste domande è “cosa succede quando dormiamo”.
Per Rogulja, Prof.ssa associata di neurobiologia presso il Blavatnik Institute della Harvard Medical School, un aspetto intrigante del sonno è la perdita di coscienza e consapevolezza che porta quando il mondo esterno scompare e il mondo interiore prende il sopravvento.
In una conversazione con Harvard Medicine News, Rogulja ha approfondito i dettagli della sua ricerca sul sonno, che utilizza moscerini della frutta e topi per esplorare perché abbiamo bisogno di dormire e come ci disconnettiamo dal mondo durante il sonno.
Una configurazione sperimentale che il laboratorio Rogulja utilizza per monitorare l’attività e la salute dei moscerini della frutta. Le mosche sono separate in singoli tubi e i loro movimenti vengono catturati dai raggi infrarossi. In uno studio del 2020, i ricercatori hanno scoperto che più le mosche perdono il sonno, più breve diventa la loro durata di vita. Credito immagine: laboratorio Rogulja.
Harvard Medicine News: cosa stai studiando nel contesto del sonno?
Rogulja: Ci sono due domande principali che il mio laboratorio ha perseguito negli ultimi anni. La prima è perché il sonno è necessario per la sopravvivenza. Perché se non dormi, dopo poco tempo morirai letteralmente? L’altra domanda è come il tuo cervello si disconnette dall’ambiente quando ti addormenti. Come si impedisce agli stimoli di raggiungere il cervello durante il sonno?
L’innalzamento della soglia dell’eccitazione sensoriale è essenziale per il sonno e vogliamo capire come viene costruita questa barriera attorno al cervello. Il sonno è uno stato unificato, ma sembra avere più componenti che sono regolati attraverso meccanismi separati. Vogliamo capire quei meccanismi.
HMNews: in che modo la tua ricerca ha cambiato il modo in cui pensi al sonno?
Rogulja: Per molto tempo, gli scienziati sono stati guidati dal principio che il sonno è del cervello, dal cervello e per il cervello. Di conseguenza, la ricerca si è concentrata in gran parte sul cervello per quanto riguarda il motivo per cui il sonno è necessario per la sopravvivenza.
Tuttavia, ora ci rendiamo conto che mentre il sonno può essere per il cervello, non è solo per il cervello. Il sonno è un comportamento super antico che ha avuto origine nei primi animali. Questi animali non avevano cervello e solo un sistema nervoso molto semplice.
Quindi, quando gli animali sono diventati più complessi, questi scopi del sonno legati al cervello si sono evoluti. Tuttavia, i ricercatori hanno esaminato il cervello degli animali privati del sonno per cercare di trovare un motivo per cui muoiono e non hanno trovato nulla. D’altra parte, i dati clinici mostrano che la privazione del sonno negli esseri umani porta a tutti i tipi di malattie nel corpo. Per noi, questo ha davvero suggerito che il sonno non riguarda solo il cervello.
“La nostra ricerca ci dice che dobbiamo smettere di pensare al cervello separatamente dal corpo quando si tratta di dormire. Sono ancora scioccato dal modo in cui i neuroscienziati pensano che il cervello abbia la superiorità sul corpo e sia al vertice di una gerarchia“, dice Rogulya. “Per risolvere i più grandi misteri delle neuroscienze, dobbiamo adottare un approccio più integrato, che è quello che il mio laboratorio sta cercando di fare per il sonno. Abbiamo scoperto che abbiamo davvero bisogno di pensare a tutto il corpo per capire il sonno. E ha senso. Quando vai a dormire, i tuoi muscoli si rilassano, la tua circolazione cambia. Certo, riguarda tutto il corpo”.
HMNews: quali strumenti usi per studiare il sonno?
Rogulja: Storicamente, molte ricerche sul sonno sono state condotte sugli esseri umani, ma quegli esperimenti tendono ad essere limitati e descrittivi, perché non puoi davvero fare esperimenti sugli esseri umani.
Tuttavia, negli ultimi due decenni e mezzo, gli scienziati si sono resi conto che i moscerini della frutta dormono; più recentemente, abbiamo scoperto che i geni che regolano il sonno nelle mosche sono conservati nei topi.
Vedi anche:Alzheimer: i disturbi del sonno possono predire la malattia
Quando ho avviato il mio laboratorio, usavamo solo i moscerini della frutta come sistema modello per studiare il sonno, ma da allora abbiamo stabilito anche un modello murino. I moscerini della frutta ci permettono di testare rapidamente molte ipotesi e di fare screening genetici ampi e imparziali e quindi possiamo testare ciò che scopriamo nei moscerini nei topi, che, in quanto mammiferi, sono più simili agli umani.
HMNews: nel tuo articolo pubblicato su Cell del 2020, hai affrontato il motivo per cui il sonno è necessario per la sopravvivenza. Qual è la risposta?
Abbiamo scoperto che i moscerini della frutta che dormivano di meno avevano una durata di vita più breve: abbiamo visto una correlazione in cui più sonno perdevano i moscerini, più velocemente morivano. È interessante notare che la modalità di privazione del sonno non aveva importanza. Ciò che contava era la quantità di sonno persa.
Sembrava esserci un punto di svolta in cui la perdita di sonno era associata alla morte, il che ci diceva che qualcosa di specifico poteva accadere nel corpo invece dell’usura generale.
Per indagare ulteriormente su questo, abbiamo colorato diversi organi nelle mosche private del sonno con marcatori di danno cellulare. Abbiamo scoperto che nell’intestino c’era un aumento delle molecole ossidanti e il picco di ossidazione era correlato al punto di flessione in cui le mosche hanno iniziato a morire.
Abbiamo confermato questo risultato nei topi privati del sonno. Ma quando abbiamo somministrato antiossidanti alle mosche private del sonno o attivato i geni che producono antiossidanti nell’intestino, abbiamo scoperto che le mosche potevano sopravvivere dormendo poco o niente, suggerendo che l’intestino è un bersaglio molto importante del sonno.
HMNews: ci sono possibili applicazioni per gli esseri umani?
I nostri risultati suggeriscono che se riusciamo a prevenire l’ossidazione nell’intestino, potremmo essere in grado di contrastare l’effetto della perdita di sonno. Questo è importante perché molte malattie sono legate alla disfunzione intestinale e molte malattie che insorgono quando non dormi abbastanza possono effettivamente essere una conseguenza del danno intestinale.
Stiamo ora iniziando a pensare a come diagnosticare l’ossidazione intestinale dovuta alla mancanza di sonno negli esseri umani. Vogliamo progettare “deglutibili”: pillole o compresse che potresti ingoiare che segnalino lo stato ossidativo del tuo intestino, ad esempio cambiando il colore delle tue feci.
Stiamo anche cercando biomarcatori: molecole già circolanti nel corpo che indicano mancanza di sonno e ossidazione intestinale. I medici del mio laboratorio stanno analizzando i topi privati del sonno per cercare tali biomarcatori.
Abbiamo già alcune molecole che sono marcatori promettenti per l’ossidazione e sembrano diminuire con i trattamenti antiossidanti. Alla fine, potrebbe essere possibile progettare integratori che potrebbero essere assunti per via orale per invertire l’ossidazione intestinale dovuta alla mancanza di sonno.
HMNews: hai appena pubblicato un nuovo articolo su Cell che esplora come il cervello si disconnette dall’ambiente durante il sonno. Ci dica di più.
Finora non ne sapevamo quasi nulla. Non è chiaro se esista un unico punto nel cervello in cui tutte le informazioni sensoriali vengono attenuate durante il sonno o se esistano più di questi luoghi. Ad esempio, il tatto e la temperatura vengono elaborati allo stesso modo durante il sonno?
Iris Titos, una ricercatrice post-dottorato nel mio laboratorio, ha costruito un sistema in grado di fornire livelli di vibrazione lievi, medi o alti ai moscerini della frutta. In genere, pochissime mosche si svegliano quando si utilizzano vibrazioni a bassa intensità e quando si utilizzano vibrazioni ad alta intensità, quasi tutte le mosche reagiscono.
Quindi, abbiamo fatto uno screening su larga scala per identificare i geni che controllano la facilità con cui le mosche si svegliano, quindi i geni che rendono alle mosche estremamente facili svegliarsi e i geni che consentono alle mosche di dormire durante un terremoto.
HMNews: cosa mostrava lo schermo genetico?
I risultati dello screening sono stati molto interessanti. Abbiamo identificato un gene che codifica per una molecola chiamata CCHa1. Quando abbiamo esaurito il CCHa1 nelle mosche, si sono svegliate molto facilmente, quindi invece del 20 percento che si svegliava a un particolare livello di vibrazione, il 90 percento si è svegliato.
Tuttavia, mentre il CCHa1 è presente sia nel sistema nervoso che nell’intestino, è stato solo quando l’abbiamo esaurito nell’intestino che le mosche sono state svegliate più facilmente.
Le cellule dell’intestino che producono CCHa1 sono chiamate cellule enteroendocrine e in realtà condividono molte caratteristiche con i neuroni e possono persino connettersi e comunicare con i neuroni. Queste cellule sono rivolte verso l’interno dell’intestino e in un certo senso “assaggiano” il contenuto dell’intestino.
Abbiamo scoperto che maggiore è la concentrazione di proteine nella dieta, maggiore è la quantità di CCHa1 prodotta da queste cellule intestinali. Questa molecola viaggia quindi dall’intestino al cervello, dove invia segnali a un piccolo gruppo di neuroni dopaminergici che ricevono anche informazioni sulle vibrazioni.
Questi neuroni producono dopamina, che di solito promuove l’eccitazione, ma in questo caso sopprime l’eccitazione. Le vibrazioni indeboliscono l’attività dei neuroni dopaminergici, il che fa sì che le mosche si risveglino più facilmente. CCHa1 prodotto dall’intestino respinge essenzialmente i neuroni dopaminergici contro le vibrazioni, consentendo alle mosche di ignorare l’ambiente in misura maggiore e dormire più profondamente.
Abbiamo anche scoperto che il percorso CCHa1, sebbene fondamentale per il gating delle informazioni meccanosensoriali, non ha alcuna influenza sulla facilità con cui le mosche si svegliano quando esposte al calore, suggerendo che diverse modalità sensoriali come la vibrazione e la temperatura possono essere controllate indipendentemente.
Infine, abbiamo dimostrato che una dieta più ricca di proteine migliorava anche la qualità del sonno nei topi, rendendoli più resistenti ai disturbi meccanici. Stiamo ora testando se un percorso di segnalazione simile è coinvolto nei topi.
HMNews: cosa ti dicono questi risultati?
Bene, sappiamo da altre ricerche che quando gli animali muoiono di fame, sopprimono il sonno per procurarsi il cibo. Al contrario, quando sono sazi, e soprattutto quando sono sazi di proteine, tendono a dormire di più.
Ora, abbiamo dimostrato che gli animali dormono più profondamente e diventano meno reattivi quando ci sono più proteine nella dieta. Ciò suggerisce che se gli animali non hanno bisogno di cercare cibo, possono disconnettersi dall’ambiente e nascondersi da qualche parte per dormire, il che potrebbe essere più sicuro.
Più in generale, il nostro studio implica che le scelte alimentari influiscono sulla qualità del sonno. Ora possiamo esplorare questa connessione negli esseri umani per capire come la dieta potrebbe essere manipolata per migliorare il sonno.
HMNews: c‘è qualcosa sul sonno che pensi che le persone spesso fraintendono?
Rogulja: Penso che le persone dovrebbero essere consapevoli che come ci sentiamo e cosa sta succedendo nel nostro corpo non devono essere la stessa cosa. Nella nostra ricerca, abbiamo scoperto che è possibile separare la sensazione di sonnolenza dal bisogno di dormire: alcuni animali privati del sonno non si sentivano necessariamente assonnati, cosa che potremmo dire perché non hanno dormito di più per recuperare il sonno dopo la privazione cessò, ma questi animali morirono comunque per mancanza di sonno.
Ciò significa che anche se riusciamo a ingannare noi stessi per non sentirci assonnati, la mancanza di sonno ha comunque effetti negativi sul nostro corpo – per esempio, se assumi una sostanza che ti fa sentire sveglio, la stessa quantità di ossidazione si verificherà in il tuo intestino.
Le persone possono dire che stanno bene con solo poche ore di sonno a notte, ma significa solo che possono farcela durante la giornata. I loro corpi registreranno ancora la mancanza di sonno. Non possiamo davvero dire cosa sta succedendo nel nostro corpo a causa della privazione del sonno e probabilmente abbiamo bisogno di più sonno di quanto pensiamo.
Fonte: HMS
