Mandrino del sonno - Sleep spindle
I fusi del sonno sono esplosioni di attività oscillatoria neurale generate dall'interazione del nucleo reticolare talamico (TRN) e di altri nuclei talamici durante il sonno NREM di stadio 2 in un intervallo di frequenza compreso tra ~ 11 e 16 Hz (di solito 12-14 Hz) con una durata di 0,5 secondi o più (di solito 0,5-1,5 secondi). Dopo la generazione nel TRN, i fusi sono sostenuti e trasmessi alla corteccia da circuiti di feedback talamo-talamici e talamo-corticali regolati dalla neurotrasmissione glutamatergica sia GABAergica che NMDA- recettore mediata. I fusi del sonno sono stati trovati in tutte le specie di mammiferi testate e nelle cellule in vitro.
La ricerca sostiene che i fusi (a volte indicati come "bande sigma" o "onde sigma") svolgono un ruolo essenziale sia nell'elaborazione sensoriale che nel consolidamento della memoria a lungo termine. Fino a poco tempo fa, si credeva che ogni oscillazione del fuso del sonno raggiungesse il picco contemporaneamente in tutta la neocorteccia. È stato determinato che le oscillazioni attraversano la neocorteccia in schemi circolari attorno alla neocorteccia, con un picco in un'area e poi pochi millisecondi dopo in un'area adiacente. È stato suggerito che questa organizzazione del fuso consente ai neuroni di comunicare attraverso le cortecce. La scala temporale alla quale le onde viaggiano è la stessa velocità necessaria ai neuroni per comunicare tra loro.
Sebbene la funzione dei fusi del sonno non sia chiara, si ritiene che partecipino attivamente al consolidamento della memoria dichiarativa notturna attraverso il processo di riconsolidamento. È stato dimostrato che la densità dei fusi aumenta dopo un ampio apprendimento dei compiti di memoria dichiarativa e il grado di aumento dell'attività del fuso della fase 2 è correlato alle prestazioni della memoria.
Tra le altre funzioni, i fusi facilitano lo sviluppo somatosensoriale, il gating sensoriale talamocorticale , la plasticità sinaptica e il consolidamento della memoria offline . I fusi del sonno modulano strettamente le interazioni tra il cervello e il suo ambiente esterno; essenzialmente moderano la reattività agli stimoli sensoriali durante il sonno. Recenti ricerche hanno rivelato che i fusi distorcono la trasmissione delle informazioni uditive alla corteccia; i fusi isolano il cervello dai disturbi esterni durante il sonno . Un altro studio ha scoperto che la riesposizione agli stimoli olfattivi durante il sonno avvia la riattivazione, una parte essenziale del consolidamento della memoria a lungo termine che migliora le prestazioni di richiamo successivo. È stato dimostrato che i fusi generati nel talamo aiutano a dormire in presenza di suoni esterni dirompenti. È stata trovata una correlazione tra la quantità di attività delle onde cerebrali nel talamo e la capacità di un dormiente di mantenere la tranquillità. I fusi svolgono un ruolo essenziale sia nell'elaborazione sensoriale che nel consolidamento della memoria a lungo termine perché sono generati nel TRN.
Durante il sonno, questi fusi sono visti nel cervello come un'esplosione di attività subito dopo la contrazione muscolare. I ricercatori pensano che il cervello, in particolare nei giovani, stia imparando quali nervi controllano quali muscoli specifici quando dormono.
È stato inoltre scoperto che l'attività del fuso del sonno è associata all'integrazione di nuove informazioni nelle conoscenze esistenti, nonché al ricordo e alla dimenticanza diretti (fusi veloci del sonno).
Durante il sonno NREM , le onde cerebrali prodotte dalle persone con schizofrenia mancano del normale schema di fusi lenti e veloci. La perdita dei fusi del sonno è anche una caratteristica dell'insonnia familiare fatale , una malattia da prioni . Nei disturbi si osservano cambiamenti nella densità del fuso. Ci sono alcuni studi che mostrano un aumento dei fusi del sonno nei bambini autistici . Anche alcuni studi suggeriscono una mancanza di fusi del sonno nell'epilessia ./
Differenze di sesso
I fusi del sonno svolgono un ruolo cruciale nel consolidamento della memoria dichiarativa , tuttavia, la maggior parte degli studi trascura il controllo del sesso, sebbene sia il sesso che le mestruazioni influenzino il sonno e i periodi di apprendimento online. Gli studi hanno dimostrato che l'influenza dei fusi del sonno durante il processo di memoria dichiarativa può essere influenzata dagli effetti modulatori del ciclo mestruale nelle femmine.
Le donne tendono ad avere 0,16 fusi di sonno in più al minuto rispetto agli uomini (cioè circa 9–10 in più nell'arco di un'ora). È stato riscontrato un vantaggio femminile per i ricordi episodici, emotivi e spaziali, nonché per il riconoscimento di odori, volti e immagini. Si ritiene che queste differenze siano dovute all'influenza ormonale, in particolare quella degli estrogeni . L'ormone sessuale femminile estrogeno influenza principalmente la maturazione sessuale e la riproduzione, ma è stato anche scoperto che facilita altre funzioni cerebrali, tra cui la cognizione e la memoria. Sui compiti verbali in cui le donne hanno ottenuto punteggi più alti degli uomini, le donne hanno ottenuto punteggi più alti durante la fase medio-luteale, quando le donne hanno livelli di estrogeni più alti, rispetto alla fase mestruale. Uno studio recente ha scoperto che la produzione locale di estrogeni nel cervello all'interno dei circuiti cognitivi può essere importante per l'acquisizione e il consolidamento dei ricordi. Recenti esperimenti riguardanti la relazione tra estrogeni e il processo di consolidamento della memoria offline si sono concentrati anche sui fusi del sonno. Genzel e colleghi hanno determinato che c'era un effetto mestruale sulle prestazioni dichiarative e motorie, il che significa che le donne nella fase medio-luteale (alto estrogeno) avevano prestazioni superiori rispetto alle altre partecipanti. Le donne nella fase luteale sono state anche le uniche partecipanti a sperimentare un aumento dei fusi dopo l'apprendimento, il che ha portato alla conclusione che l'effetto del ciclo mestruale può essere mediato da fusi e ormoni femminili.