Perché gli umani dormono e cosa accade nel cervello e nel corpo di notte

Gli scienziati discutono ancora della singola ragione evolutiva per cui gli umani dormono circa un terzo della loro vita, ma decenni di ricerca hanno mappato in dettaglio cosa il cervello e il corpo effettivamente fanno mentre dormono. Due processi dominano: il cervello cicla attraverso fasi elettriche distinte, e durante la notte svolge lavori di manutenzione che è difficile effettuare mentre si è svegli.

La notte è costruita da cicli ripetuti di 90 minuti

Il sonno alterna tra il sonno non-REM (NREM) e il sonno REM (rapid eye movement), secondo il U.S. National Institute of Child Health and Human Development (NICHD). Lo stesso NREM ha tre stadi: lo stadio 1 è la breve transizione verso il sonno; lo stadio 2 porta onde cerebrali più lente e una caduta della temperatura corporea; lo stadio 3 è il sonno profondo, caratterizzato dalla frequenza cardiaca e dalla respirazione più lente e dal rilascio dell'ormone della crescita per la riparazione dei tessuti.

Il sonno REM inizia circa 90 minuti dopo l'addormentamento. Gli occhi si muovono rapidamente, la respirazione diventa veloce e irregolare, la maggior parte dei muscoli sono temporaneamente paralizzati, e il cervello diventa altamente attivo, uno stato che il NICHD collega all'apprendimento e al consolidamento della memoria. Un ciclo NREM-REM completo dura circa 90 minuti e si ripete più volte durante la notte, secondo la Sleep Foundation, un'organizzazione no-profit per le informazioni sulla salute. Il sonno profondo domina i primi cicli; man mano che la notte procede, il sonno profondo si accorcia mentre i periodi REM si allungano, in modo che negli ultimi cicli un dormiente trascorre quasi tutto il tempo nella fase 2 e REM, secondo il NICHD.

Durante un'intera notte, il sonno NREM costituisce dal 75 all'80 percento del tempo totale di sonno, con la fase 2 da sola che rappresenta circa la metà, secondo quanto riportato dalla Sleep Foundation. Il sonno REM rappresenta il resto.

Il cervello si restringe leggermente per pulirsi

Una delle scoperte funzionali più chiare è venuta da uno studio del 2013 sulla rivista Science guidato dal neuroscienziato Maiken Nedergaard's team presso l'Università di Rochester. I ricercatori hanno identificato quello che hanno chiamato il sistema glinfatico, una rete che utilizza il fluido cerebrospinale che scorre attraverso canali intorno ai vasi sanguigni per eliminare i rifiuti metabolici dal tessuto cerebrale, secondo un resoconto dell'University of Rochester Medical Center (URMC) sul lavoro.

Il team ha scoperto che le cellule cerebrali si restringono di circa il 60 percento durante il sonno, aprendo più spazio tra le cellule affinché il fluido si muova, e che il sistema era quasi dieci volte più attivo durante il sonno che durante la veglia, secondo quanto riportato da URMC. Nello stesso studio, i cervelli addormentati eliminavano più amiloide-beta, una proteina associata alla malattia di Alzheimer, rispetto ai cervelli svegli. Il neurotrasmettitore noradrenalina sembra aiutare a innescare il cambiamento delle dimensioni cellulari, secondo lo stesso resoconto, anche se i ricercatori notano che il quadro normativo completo è ancora in fase di elaborazione.

Due orologi separati decidono quando ti senti assonnato

La tempistica del sonno è governata da due sistemi interagenti, secondo BrainFacts.org, una risorsa di educazione pubblica delle società di neuroscienza tra cui la Society for Neuroscience. Il primo è l'orologio circadiano, gestito dal nucleo soprachiasmatico (SCN), un gruppo di cellule nervose nell'ipotalamo. Le cellule dell'SCN portano 'proteine dell'orologio' che cicla all'incirca ogni 24 ore e ricevono i segnali luminosi direttamente dalla retina, motivo per cui l'orologio può essere ripristinato dall'esposizione alla luce diurna o attraversando i fusi orari.

Il secondo sistema è la pressione del sonno omeostatica, guidata dall'adenosina, una sostanza chimica che si accumula nel cervello più a lungo una persona rimane sveglia. Quando l'adenosina si lega ai recettori sulle cellule cerebrali correlate all'eccitazione, attenua la loro attività e aumenta la sonnolenza; il sonno cancella l'accumulo. La caffeina funziona bloccando gli stessi recettori dell'adenosina, motivo per cui ritarda la sensazione di sonnolenza senza eliminare il debito di sonno sottostante, secondo BrainFacts.org.

Quanto sonno è consigliato e cosa succede senza di esso

I U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) pubblicano indicazioni sulla durata del sonno in base all'età, riprodotte di seguito.

I CDC affermano che ottenere in modo coerente meno della quantità consigliata è associato a un rischio più elevato di diabete di tipo 2, malattie cardiache, pressione sanguigna elevata e ictus, e che un sonno adeguato è collegato a meno malattie, una migliore regolazione dell'umore e un rischio inferiore di incidenti stradali.

Ciò che rimane sconosciuto

I risultati di clearance glinfatica provengono da studi su topi; il resoconto dell'URMC rileva che il meccanismo è considerato una spiegazione plausibile per parte della funzione ripristinante del sonno negli umani, e che la conferma del suo ruolo esatto nella malattia neurodegenerativa umana rimane un'area di ricerca attiva. Allo stesso modo, agenzie come l'NICHD descrivono il consolidamento della memoria e la riparazione dei tessuti come associazioni stabilite di fasi di sonno specifiche piuttosto che come un singolo scopo provato del sonno nel suo complesso.