Ti svegli, stendendoti dolcemente in un soffice letto, ti alzi e vedi attraverso un'enorme finestra il sole che sorge sull'oceano, la sabbia bianca della spiaggia e le palme. Una fresca brezza marina soffia attraverso la porta aperta della loggia e si sente il rumore della risacca. Si beve un caffè aromatico appena macinato, si esce dalle porte di una villa a due piani, si sale in macchina con un cavallo impennato sul cofano, si gira la chiave e al rombo nobile del motore V8 … Finalmente ti svegli dal suono della sveglia.
Ancora una volta, il cervello insidioso ci ha fatto credere nella realtà di ciò che stava accadendo. Ma come lo fa? Come si riesce a far giacere una persona quasi immobile per sette o più ore, mentre si mostrano i blockbuster più interessanti con una trama avvincente? La ragione di ciò sono i processi biochimici più complessi, in cui non sono coinvolte non una o due strutture cerebrali, ma un'intera rete. Come avviene l'interazione e il "passaggio" dalla veglia al sonno? Come si sviluppa il sonno e quando nascono i sogni? Perché a volte, svegliandoci dalla sveglia, ci sentiamo in grado di spostare montagne, e talvolta irritati a distruggere tutto intorno?
Attraverso il velo del tempo
La sonnologia - la scienza che studia il sonno - è apparsa relativamente di recente, perché l'età della prima ricerca fondamentale nel "regno di Morfeo" non supera i 120 anni. In precedenza, al sonno veniva attribuito un significato mistico come stato di confine tra la vita e la morte. Aristotele diceva: "Il sonno, apparentemente, appartiene per sua natura a stati come, ad esempio, il confine tra vita e non vita, e la persona che dorme non esiste completamente, ed esiste". Il grande medico dell'antichità, Ippocrate, credeva che il sonno avvenisse a causa del deflusso di sangue e calore dalla testa nelle regioni interne del corpo. Questa spiegazione ha dominato le menti degli scienziati europei ed è stata presa per fede per quasi duemila anni. In una cosa, Ippocrate aveva ragione: le ragioni dell'immersione di una persona nel mondo dei sogni dovevano essere cercate nella testa.
La rete di regolazione del sonno funziona come un trigger senza posizioni intermedie. Questo meccanismo è possibile a causa dell'incastro dei centri di addormentarsi e risveglio. Non appena una delle parti ottiene un vantaggio, l'intero sistema passa istantaneamente nello stato opposto. In modo che non passi avanti e indietro ogni minuto, l'orexina stimola tutti i centri di veglia, senza sopprimere il centro del sonno. Questo leggero squilibrio rende difficile cambiare quel tanto che basta per passare relativamente raramente dal sonno alla veglia e viceversa. Per il passaggio al sonno, è necessario che il sistema di eccitazione si sia indebolito e l'attività del centro del sonno sia aumentata. Questo lento processo è familiare a tutti poiché aumenta gradualmente la fatica.
E ora è arrivato il ventesimo secolo. In Germania, un paziente viene ricoverato nella clinica del professor Strumpel, che ha parzialmente perso la vista e l'udito a causa di un trauma: sordo da un orecchio e cieco da un occhio. I medici hanno notato che quando entrambe le "finestre sul mondo" rimanenti sono state chiuse, il paziente si è addormentato. Il famoso fisiologo Pavlov si interessò a queste osservazioni e decise di condurre esperimenti simili sui suoi soggetti preferiti: i cani. Ha scoperto che se si esclude l'afflusso costante di impulsi dai sensi alla corteccia cerebrale, si verifica il sonno. Lo scienziato ha anche studiato gli effetti di stimoli monotoni, ripetendo ripetutamente leggeri tocchi sulla pelle della coscia della zampa posteriore. Quasi sempre sopprimevano gli animali e questo dava al ricercatore il diritto di credere che il sonno fosse un'inibizione condizionale che si diffuse ampiamente nella corteccia cerebrale,che è progettato per proteggere il cervello del cane da ripetizioni eccessive di qualsiasi irritazione.
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Il passo successivo verso il superamento dei segreti del sonno è stato l'emergere del metodo elettroencefalografico (EEG). Nel 1905, il fisiologo tedesco Hans Berger registrò per la prima volta oscillazioni sinusoidali del potenziale elettrico con una frequenza di 8-11 Hz in una persona che era in uno stato calmo con gli occhi chiusi, più pronunciati nelle regioni occipitali del cervello. Queste fluttuazioni sono chiamate ritmo alfa.
L'inizio e la durata del sonno sono regolati da complessi processi fisiologici, tra i quali ce ne sono due principali: il bisogno omeostatico di dormire (il cosiddetto processo S, frecce in basso) e l'orologio interno (processo C, frecce in alto nella figura). La linea gialla mostra la "somma" di questi due processi.
Negli anni '30, la situazione divenne un po 'più chiara: gli scienziati, avendo tagliato il tronco cerebrale del gatto a livello del mesencefalo, causarono all'animale un coma, uno stato simile al sonno. Allo stesso tempo, sono state osservate lente oscillazioni elettriche sull'EEG del gatto, che in seguito furono chiamate "fusi assonnati" (il disegno somigliava a un fuso capovolto). Quando il cervello è stato tagliato a livello dei primi segmenti cervicali, separando il midollo spinale dal cervello, è stato possibile ottenere la cosiddetta preparazione del cervello in stato di veglia: il gatto ha seguito con gli occhi gli oggetti che si muovevano davanti ad esso, e l'EEG ha mostrato oscillazioni con una frequenza di 14-30 Hz (ritmo beta). È diventato chiaro che nel cervello degli animali ci sono diverse strutture - responsabili dell'addormentarsi e responsabili del risveglio.
Centro di allegria
Alla fine del XIX secolo, Vladimir Bekhterev e Santiago Ramon y Cajal descrissero le strutture del tronco cerebrale del gatto responsabili dello stato di veglia, che vide un ammasso aperto di neuroni, penetrato dalle fibre nervose, nel mezzo del tronco cerebrale. Ma perché questa formazione è necessaria, il neuroscienziato italiano Giuseppe Moruzzi e il neurologo americano Horace Magun si sono stabiliti solo nella seconda metà del XX secolo. Hanno chiamato questa struttura la formazione reticolare ("reticula" in latino significa "rete"). È nel tronco cerebrale che si trovano i nuclei, che concentrano in sé tutti gli impulsi provenienti dai recettori sensoriali che vanno al cervello. I processi lunghi (assoni) dei neuroni della formazione reticolare sono collegati alla corteccia cerebrale e ai neuroni del midollo spinale. Anche le fibre nervose dalla corteccia e dal midollo spinale vanno alla formazione reticolare stessa,così si forma un complesso sistema di feedback. I segnali dalla formazione reticolare (scarica reticolare) attivano i meccanismi di veglia nella corteccia cerebrale e la corteccia, a sua volta, controlla lo stato della formazione reticolare.
Scrigno con il sonno
Nel 1990 esce il film Awakening, basato sull'omonimo libro del famoso psichiatra Oliver Sachs. Parla di uno strano gruppo di 80 pazienti anziani che soffrono di una malattia sconosciuta simile all'autismo o al Parkinson da più di 40 anni. I pazienti di Sachs furono le ultime vittime sopravvissute di una misteriosa epidemia scoppiata improvvisamente in Europa nell'inverno 1916-1917, che poi si diffuse in tutto il mondo e uccise 5 milioni di persone nel periodo successivo alla prima guerra mondiale. I pazienti caddero in improvvisa apatia e soffrirono di febbre alta, disturbi visivi e allucinazioni. Quindi la malattia si è trasformata in una forma cronica ed è stata accompagnata da un numero enorme di varie manifestazioni cliniche. Ma tutte le forme avevano una cosa in comune: il disturbo del sonno. Questo fatto sembrava interessante al neurologo viennese Baron Konstantin von Economo. Ha scoperto che alcuni pazienti hanno dormito troppo, per settimane, mesi, svegliarsi solo per bere e mangiare, mentre altri hanno perso completamente il sonno. Durante le autopsie, lo scienziato ha trovato un quadro anatomico simile: in una certa area del diencefalo nei pazienti, si è verificata una massiccia morte di cellule nervose.
Quest'area del cervello è chiamata ipotalamo perché si trova sotto il talamo, l'area del cervello che ridistribuisce i segnali dai sensi. Se potessimo inserire l'indice direttamente nella testa a livello del ponte del naso, allora ci saremmo riposati esattamente nel foro in cui si trova - la "sella turca". L'ipotalamo è uno dei centri più importanti che controllano il sistema nervoso autonomo, regolando, in particolare, la temperatura corporea, la pressione sanguigna, l'appetito, il desiderio sessuale e la sete. Economo, ovviamente, non sapeva tutto questo. Tuttavia, sospettava che dovesse esserci un centro che controlla il sonno. "A quanto pare, - ha concluso il ricercatore, - queste cellule fanno qualcosa, grazie al quale ci addormentiamo".
Ora, grazie alla ricerca di Cliford Seiper della Harvard University di Boston, si è appreso che esiste effettivamente un'area speciale nell'ipotalamo che si attiva quando ci si addormenta: la regione preottica ventrolaterale (VLPO). Gli assoni dei neuroni dal VLPO scendono nelle aree che supportano la veglia. Al contrario, per impedirci di addormentarci, il centro di vigore deve avere una connessione con l'ipotalamo, in modo che le fibre nervose vadano dal basso verso l'alto.
Seiper ei suoi colleghi hanno concluso che le cellule nella parte anteriore dell'ipotalamo sono il centro del sonno, che usa i loro assoni per sopprimere i centri di veglia nel tronco cerebrale, che include il mesencefalo e il ponte. Questo processo alla fine porta ad addormentarsi. "Forse questa è la chiave dell'intero meccanismo che, attraverso l'ipotalamo, controlla lo stato di sonno e veglia", ha scritto il neurologo. Così nel 2005 è apparso il concetto moderno di sonno, che Siper ha pubblicato nel suo articolo sulla rivista Nature. Secondo questo concetto, l'intero "sistema del sonno" è una rete di diversi nodi interconnessi che si scambiano in modo speciale in determinati momenti e regolano il sonno e la veglia.
Confronto cerebrale
La prima parte del sistema generale sonno-veglia è il sistema inibitorio. Questo è VLPO nell'ipotalamo anteriore, da cui un'onda di inibizione viene inviata al sistema di veglia, e questo porta al trasferimento del cervello in una "modalità di sonno". Dal punto di vista biochimico, il principale "liquido dei freni" del sistema è l'acido gamma-amminobutirrico (GABA). Agendo su speciali recettori, sopprime l'attività dei neuroni. I recettori GABA sono un canale nella membrana cellulare circondato da grandi molecole proteiche che possono cambiare la loro struttura spaziale (relativamente parlando, "spiegarsi" o "piegarsi"). Quando il GABA si lega ai recettori, il lume del canale aumenta, più ioni cloro lo attraversano, il che porta a una diminuzione della conduttività elettrica della membrana cellulare, rendendola meno sensibile alle influenze elettriche. E questo porta alla soppressione dell'attività degli impulsi: la cellula "riduce la velocità" da un rapido "galoppo" a un "passo" calmo.
La seconda parte del sistema è il sistema di eccitazione, che si basa su otto nodi nervosi che formano due fasci paralleli. Attraverso di loro, le onde di eccitazione vengono condotte alla corteccia cerebrale. Un fascio inizia nella formazione reticolare (questo è il tronco cerebrale), l'altro nella cosiddetta macchia blu (Locus coeruleus). Le cellule qui producono la maggior parte del neurotrasmettitore eccitatorio norepinefrina nel cervello. L'area è responsabile del verificarsi di paura e panico, nonché di gran parte della nostra eccitazione.
Esistono altri neurotrasmettitori (dopamina, serotonina e altri), ma sono associati a diversi processi nel cervello. Tuttavia, esiste un altro neurotrasmettitore del sonno specifico. L'ipotalamo laterale (laterale) contiene diverse decine di migliaia di cellule nervose che producono uno speciale neurotrasmettitore, l'orexina (ipocretina). I biochimici hanno isolato questa sostanza solo nel 1998. Se c'è troppo poca orexina o se il cervello è privo delle corrispondenti molecole recettoriali, si verifica una malattia rara: la narcolessia, caratterizzata da improvvisi attacchi di sonnolenza e addormentamento.
Giorno, notte, giorno lontano
Tuttavia, questa è solo una parte del meccanismo del sonno. Come tutta la natura vivente, le persone vivono secondo i propri ritmi interni, che sono legati ai cicli del giorno e della notte. C'è un momento in cui una persona è incline a dormire e c'è un tempo per il lavoro attivo. Il corpo ha un "orologio biologico" - il sistema melatonergico. Gli attori principali in esso sono i nuclei soprachiasmali dell'ipotalamo e la ghiandola pineale (ghiandola pineale), che si trovano nella regione intermedia del cervello.
Quando la luce colpisce la retina, le informazioni a riguardo vanno ai nuclei soprachiasmatici dell'ipotalamo (piccole ore), e quindi, dopo aver percorso un lungo tragitto, entra nella ghiandola pineale, o il cosiddetto terzo occhio, che serve molti animali, ad esempio rettili e uccelli. rilevatore di livello luminoso. Negli esseri umani, nel processo di evoluzione, i grandi emisferi del cervello sono aumentati in modo significativo, chiudendo la ghiandola pineale, e ha perso il contatto con la luce. La natura ha dovuto "inventare" tutto questo modo complesso ed esistente di regolare la sintesi dell'ormone "assonnato".
La ghiandola pineale produce la melatonina, l'ormone della notte e dell'oscurità. Quando i livelli di luce si abbassano la sera, viene rilasciata la melatonina, che segnala alle cellule di "concludere la giornata". La sua funzione principale è l'effetto inibitorio sui nuclei soprachiasmatici, attraverso i quali si attivano i sistemi di veglia.
Questo processo può essere paragonato al funzionamento di un termostato che mantiene una certa temperatura nel frigorifero. Più a lungo viviamo una vita attiva, più energicamente il centro del sonno sente il bisogno di premere l'interruttore per dormire. Più a lungo dormiamo, minore è il bisogno di dormire, così che a un certo punto il sistema di veglia prende il sopravvento e ci svegliamo e ci sentiamo come se avessimo dormito. Questo modello di regolazione è chiamato a due fattori ed è stato sviluppato nel 1982 dal capo del dipartimento di psicofarmacologia e sonnologia dell'Università di Zurigo, Alexander Borbeli. Secondo lei, il nostro bisogno di dormire in un certo momento è il risultato dell'interazione di fattori cronobiologici e omeostatici (mantenimento dell'equilibrio interno). Lo scienziato ha chiamato questi componenti processo S e processo C. Il processo S è la componente omeostatica del bisogno di dormire e il processo C è l'influenza dell'orologio interno, il cui compito principale è lasciare la notte per dormire a lungo.
"Il processo S, al contrario, è come una clessidra", afferma Borbeli. - Durante la veglia, la sabbia viene versata dall'alto nel vaso inferiore; quando ci si addormenta, l'orologio viene girato. Pertanto, per una sensazione di buon riposo, è importante non solo quanto tempo abbiamo dormito di fila, ma anche quanto tempo abbiamo impiegato durante la giornata per formare la componente S. E questa ha una buona applicazione pratica, nota a molti: se lo sapete nella prossima non sarai in grado di dormire a sufficienza la notte, puoi provare a dormire presto a metà del giorno precedente. E poi ti sentirai molto meglio.
E questa è solo una rapida occhiata al sistema responsabile del sonno. Come dice Jürgen Zulli, un sonnologo di Ratisbona, "Il sonno non è riposo, è una veglia diversa".
Anna Horuzhaya
