Rifiuti cerebrali eliminati nel sonno: il ruolo dei neuroni”spazzini”

Gli scienziati della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno fatto una scoperta sorprendente: i neuroni, le cellule nervose del cervello, svolgono un ruolo fondamentale nell’eliminazione dei rifiuti durante il sonno. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Nature

Il circolo notturno dei rifiuti tossici 

Rifiuti. Il sonno, un momento apparentemente tranquillo e pacifico, nasconde un’effervescente attività cerebrale. Ma cosa accade dietro questa facciata apparentemente calma?

Il cervello produce esplosioni di impulsi elettrici che si traducono in onde ritmiche, segno di una intensa attività cellulare. Le onde agiscono quindi come una sorta di “doccia cerebrale”, in grado di spingere il liquido cerebrospinale attraverso il tessuto cerebrale.

Lungo il percorso, il liquido raccoglie i rifiuti tossici, liberando il nostro organo più prezioso da impurità nocive. 

Ma qui sorge la domanda: chi muove questo fluido vitale dentro, attraverso e fuori dal cervello?

I neuroni: gli “spazzini” dei rifiuti cerebrali

I ricercatori hanno silenziato specifiche regioni del cervello (in topi addormentati), in modo che i neuroni in quelle regioni non creassero onde ritmiche. Senza queste onde, il liquido cerebrospinale fresco infatti non potrebbe fluire attraverso le regioni cerebrali silenziate e i rifiuti intrappolati non potrebbero lasciare il tessuto cerebrale.

Risultato? 

Il team ha scoperto che sono i neuroni a guidare le operazioni di pulizia. Essi inviano infatti i segnali elettrici in modo coordinato per generare onde ritmiche nel cervello. «Questi neuroni sono pompe in miniatura. L’attività neurale sincronizzata alimenta il flusso dei fluidi e la rimozione dei detriti dal cervello». A spiegarlo,il primo autore Li-Feng Jiang-Xie, ricercatore associato del Dipartimento di Patologia e Immunologia.

Cosa dice la scoperta 

Stando ai risultati, i neuroni svolgono un processo essenziale per mantenere il cervello sano e funzionante.

La scoperta solleva pertanto delle domande su come il sonno influenzi la nostra salute cerebrale e il nostro benessere generale. Potrebbe essere che il segreto per una mente più nitida risieda nella qualità del nostro sonno? «È fondamentale che il cervello smaltisca i rifiuti metabolici che possono accumularsi e contribuire alle malattie neurodegenerative», spiega Jonathan Kipnis, professore di patologia e immunologia di Alan A. e Edith L. Wolff e ricercatore del BJC , autore senior dell’articolo.

Xie poi aggiunge «Se riusciamo a basarci su questo processo, c’è la possibilità di ritardare o addirittura prevenire le malattie neurologiche, tra cui l’Alzheimer e il morbo di Parkinson, in cui i rifiuti in eccesso, come i rifiuti metabolici e le proteine spazzatura, si accumulano nel cervello e portano alla neurodegenerazione».

Ma perché si producono questi rifiuti? 

Più energia= più rifiuti 

Le cellule cerebrali svolgono un ruolo fondamentale nell’orchestrare ogni aspetto della nostra esperienza umana. Dai pensieri ai sentimenti, dai movimenti del corpo alla formazione della memoria e alla risoluzione dei problemi, “non si muove una foglia che il neurone no voglia”. Tuttavia, per eseguire queste complesse funzioni, le cellule cerebrali necessitano di una quantità considerevole di “carburante”, cioè di energia. Ebbene, le cellule cerebrali ottengono i nutrienti necessari dalla dieta. Questi vengono poi metabolizzati per fornire l’energia di cui hanno bisogno. Tuttavia, il processo metabolico produce anche scorie e residui che devono essere rimossi per mantenere un funzionamento ottimale del cervello.

«Sapevamo che il sonno è un momento in cui il cervello avvia un processo di pulizia per eliminare i rifiuti e le tossine che accumula durante la veglia. Ma non sapevamo come ciò accade. Questi risultati potrebbero essere in grado di indicarci strategie e potenziali terapie per accelerare la rimozione dei rifiuti dannosi e rimuoverli prima che possano portare a conseguenze disastrose».

Importanza dello studio

«Uno dei motivi per cui dormiamo è per purificare il cervello», afferma Kipnis.

«E se riusciamo a migliorare questo processo di purificazione, forse è possibile dormire meno e rimanere in salute. Non tutti hanno il vantaggio di dormire otto ore ogni notte, e la perdita di sonno ha un impatto sulla salute. Altri studi hanno dimostrato che i topi sono geneticamente programmati per dormire meno e avere un cervello sano. Potrebbe essere perché puliscono i rifiuti dal cervello in modo più efficiente? Potremmo aiutare le persone che vivono con l’insonnia migliorando le capacità di pulizia del loro cervello in modo che possano cavarsela con meno sonno?».

Necessità di ulteriori studi 

Mentre i ricercatori continuano a indagare sui segreti del sonno e della pulizia cerebrale, emergono ulteriori dettagli intriganti. È stato osservato che i modelli delle onde cerebrali cambiano durante i diversi cicli del sonno. Questo suggerisce che il processo di pulizia del cervello sia regolato da una complessa coreografia neuronale che varia a seconda della fase del sonno.

Non solo la frequenza, ma anche l’ampiezza delle onde cerebrali gioca un ruolo critico nel movimento dei fluidi cerebrali. Le onde cerebrali più alte e con un’ampiezza maggiore sembrano muovere i fluidi con maggiore forza, facilitando così la rimozione delle scorie e dei rifiuti accumulati.

Tuttavia, c’è ancora molto da scoprire. I ricercatori sono ora interessati a comprendere perché i neuroni emettono onde con ritmicità variabile durante il sonno e quali regioni del cervello sono più suscettibili all’accumulo di scorie. Queste domande rimangono al centro della ricerca in corso e aprono la strada a nuove scoperte che potrebbero rivoluzionare la nostra comprensione del sonno e del suo impatto sulla salute cerebrale.

Ulteriori spiegazioni del team di ricerca

«Pensiamo che il processo di pulizia del cervello sia simile al lavaggio dei piatti», rimarca il neurobiologo Jiang-Xie.

«Si inizia, ad esempio, con un movimento ampio, lento e ritmico per pulire i rifiuti solubili schizzati sul piatto. Quindi si diminuisce l’ampiezza del movimento e si aumenta la velocità di questi movimenti per rimuovere i rifiuti alimentari particolarmente appiccicosi dal piatto. Nonostante la diversa ampiezza e ritmo dei movimenti delle mani, l’obiettivo generale rimane lo stesso: rimuovere diversi tipi di rifiuti dai piatti. Forse il cervello adatta il suo metodo di pulizia a seconda del tipo e della quantità di rifiuti».

Fonte

Jonathan Kipnis, La dinamica neuronale dirige la perfusione del liquido cerebrospinale e la clearance cerebrale,Nature (2024).

Materiale fornito dalla Washington University School of Medicine