Il cervello simula azioni e conseguenze durante il sonno REM

Durante il sonno REM, una fase caratterizzata da sogni vividi, il cervello sembra attivamente impegnato in una simulazione delle azioni e delle loro conseguenze. Questo processo avviene attraverso un meccanismo interno che continua a modificare la rappresentazione della direzione, simile a quella di un animale sveglio che si muove nel suo ambiente. Ma cosa provoca questi cambiamenti, considerando l'immobilità dell'animale addormentato?

Il ruolo del collicolo superiore

Recenti studi hanno dimostrato che il collicolo superiore dei topi, un centro di comando motorio coinvolto nei movimenti di orientamento, emette comandi motori durante il sonno REM, come ad esempio "gira a sinistra". Questi comandi sono simili a quelli emessi quando l'animale è sveglio e attivo. È interessante notare che, nonostante questi comandi non vengano eseguiti, essi influenzano la rappresentazione interna della direzione come se l'animale avesse effettivamente girato.

La simulazione delle azioni nel cervello in sonno

Questo studio suggerisce che il cervello, mentre è disconnesso dal mondo esterno, utilizza un modello interno per simulare interazioni con l'ambiente circostante. Durante il sonno REM, associato a sogni intensi, la rappresentazione interna della direzione continua a cambiare. Ma quali sono le cause di questi cambiamenti?

Attività del collicolo superiore durante il sonno REM

Per indagare, è stata esaminata l'attività delle cellule di orientamento nel collicolo superiore durante il sonno REM, le cui attività sono influenzate dai movimenti della testa nei topi svegli. È stato osservato che le cellule di orientamento che si attivano insieme nei topi svegli mostrano un comportamento simile anche durante il sonno REM, dando origine a eventi di "giro di popolazione" nei topi addormentati.

Previsione dei cambiamenti nella direzione virtuale

Successivamente, è stato testato se l'attività del collicolo superiore durante il sonno REM potesse prevedere i cambiamenti nella rappresentazione virtuale della direzione, decodificata dalle cellule di direzione della testa (HD). I risultati hanno rivelato che l'attivazione delle cellule di orientamento nel collicolo superiore, in particolare durante gli eventi di giro di popolazione, può effettivamente prevedere i cambiamenti nella direzione virtuale.

Stabilire un legame di causalità

Per stabilire un legame di causalità tra l'attività del collicolo superiore e la direzione virtuale, è stata bloccata l'attività del collicolo superiore destro, che contribuisce ai giri a sinistra (CCW) nei topi svegli. Sorprendentemente, questo ha annullato i cambiamenti CCW nella direzione virtuale durante il sonno REM, portando a una distorsione nei giri virtuali della testa. Questo studio evidenzia come il cervello in sonno utilizzi il proprio modello interno per simulare interazioni con il mondo, con il collicolo superiore che gioca un ruolo cruciale in questo processo.

Conclusioni

Le scoperte sul sonno REM offrono nuove prospettive sul funzionamento del cervello durante il riposo. La capacità di simulare azioni e conseguenze, anche in assenza di movimento, suggerisce un meccanismo complesso che permette al cervello di mantenere una connessione con il proprio ambiente, anche quando il corpo è inattivo. Questi risultati potrebbero avere implicazioni significative per la comprensione dei processi cognitivi e delle funzioni cerebrali durante il sonno.