Rumore rosa durante il sonno potenzia le onde cerebrali e il flusso del liquido cerebrospinale

Un breve impulso di “rumore rosa” durante il sonno potrebbe favorire un’attività cerebrale più intensa e, di conseguenza, aumentare il flusso del liquido cerebrospinale (LCS), contribuendo alla rimozione dei prodotti di scarto dal cervello. È quanto emerge da un nuovo studio condotto da ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e pubblicato su Science Translational Medicine. La ricerca ha dimostrato, in 14 volontari sani, che brevi stimoli sonori di appena 50 millisecondi, somministrati nel momento preciso in cui si verifica il picco delle onde lente cerebrali, possono aumentarne l’ampiezza.

Questo potenziamento si accompagna a un incremento delle onde di LCS che attraversano il cervello durante il sonno. Per ottenere il risultato, gli studiosi hanno sviluppato un sistema capace di analizzare in tempo reale i segnali EEG durante la risonanza magnetica e prevedere il momento migliore per somministrare lo stimolo. L’obiettivo futuro è verificare se questa tecnica possa migliorare il sonno, le funzioni cognitive e la memoria e contribuire alla prevenzione o al trattamento delle malattie neurodegenerative.

Il sistema naturale di pulizia del cervello

Durante la giornata, l’attività delle cellule cerebrali produce diversi prodotti di scarto, tra cui acido lattico e proteine degradate. Il cervello dispone di un sistema naturale che durante il sonno contribuisce a eliminarli: il liquido cerebrospinale, un fluido trasparente che circonda il cervello e il midollo spinale, si muove dentro e fuori dal cervello attraverso onde ritmiche. Oltre a proteggerlo dagli urti e a contribuire alla distribuzione di nutrienti come il glucosio, il LCS partecipa quindi alla rimozione delle sostanze prodotte dalle cellule durante il metabolismo.

Nel 2019, il laboratorio di Laura Lewis, autrice senior del nuovo studio, aveva messo a punto una tecnica basata sulla risonanza magnetica funzionale per osservare queste onde di LCS durante il sonno. La ricerca aveva evidenziato una stretta relazione tra il movimento del liquido e le onde lente dell’attività elettrica cerebrale, caratteristiche soprattutto del sonno profondo. Il nuovo lavoro è partito proprio da questa osservazione. I ricercatori si sono chiesti se, aumentando artificialmente le onde lente attraverso uno stimolo acustico, fosse possibile ottenere anche un aumento delle onde di liquido cerebrospinale. Studi precedenti avevano già mostrato che un suono somministrato nel momento giusto del ciclo delle onde lente può rafforzarne l’intensità. La difficoltà consisteva però nell’individuare con precisione quel momento durante il sonno.

Un algoritmo per trovare il momento giusto

Lo stimolo utilizzato dai ricercatori è stato un impulso di rumore rosa della durata di 50 millisecondi. Il rumore rosa contiene, come quello bianco, tutte le frequenze udibili dall’orecchio umano, ma presenta una maggiore intensità alle frequenze più basse. Il risultato è un suono più morbido ed equilibrato, paragonabile al rumore costante della pioggia o a quello distante di una cascata.

Per sincronizzare ogni impulso con il picco delle onde lente, gli studiosi dovevano monitorare contemporaneamente l’attività elettrica del cervello e il flusso del LCS attraverso la risonanza magnetica. Un problema tecnico rilevante era rappresentato proprio dalla fMRI: i campi magnetici utilizzati durante l’esame interferiscono infatti con i segnali EEG.

I ricercatori hanno quindi sviluppato un sistema in grado di elaborare rapidamente i dati EEG ed eliminare il rumore prodotto dalla risonanza magnetica in meno di 100 millisecondi. Un algoritmo basato su una rete neurale ricorrente ha inoltre permesso di prevedere il momento in cui sarebbe comparso il successivo picco dell’onda lenta, compensando il piccolo ritardo necessario per l’elaborazione del segnale. In questo modo lo stimolo acustico poteva essere erogato in tempo reale e nel momento considerato più efficace.

Più intense le onde del liquido cerebrospinale

I test condotti hanno mostrato che gli impulsi di rumore rosa, sufficientemente deboli da non provocare il risveglio, aumentavano l’ampiezza delle onde elettriche lente durante il sonno. Parallelamente, aumentava anche l’ampiezza delle onde di liquido cerebrospinale. Il risultato fornisce quindi una dimostrazione sperimentale della possibilità di intervenire sul flusso del LCS attraverso la manipolazione dell’attività cerebrale durante il sonno. Le immagini ottenute con la risonanza magnetica hanno permesso inoltre di osservare un possibile meccanismo alla base del fenomeno. Le onde lente sembrano infatti essere associate a variazioni ritmiche del diametro dei vasi sanguigni cerebrali. La contrazione e la dilatazione dei vasi possono comportarsi come una sorta di pompa, favorendo il movimento del liquido cerebrospinale dentro e fuori dal cervello. Le onde lente sono caratteristiche del sonno non-REM e diventano particolarmente evidenti nelle fasi più profonde.

Secondo Laura Lewis, la possibilità di aumentare l’ampiezza delle onde di flusso del LCS rappresenta un risultato che potrebbe aprire nuove prospettive di ricerca. “Abbiamo scoperto di essere in grado di aumentare l’ampiezza dell’onda di flusso del liquido cerebrospinale (LCS) durante il sonno, qualcosa che, per quanto ne sappiamo, nessun metodo era mai riuscito a fare prima. Ora che possiamo migliorare il flusso del LCS durante il sonno in adulti sani, siamo davvero entusiasti di portare questa tecnologia alle popolazioni cliniche per vedere quali effetti possiamo ottenere”, ha affermato la ricercatrice.

Dall’esperimento alle possibili applicazioni cliniche

Il risultato non dimostra ancora che il rumore rosa renda il sonno più ristoratore né che l’aumento del flusso del liquido cerebrospinale produca benefici sulla memoria o sulle funzioni cognitive. Lo studio è stato infatti condotto su un campione molto piccolo di 14 adulti sani e ha valutato soprattutto la possibilità di modificare sperimentalmente un meccanismo fisiologico durante il sonno. Saranno quindi necessari studi più ampi per stabilire se la tecnica possa tradursi in un beneficio clinico.

Una delle prime applicazioni che i ricercatori intendono esplorare riguarda le persone con insonnia e altri disturbi del sonno. L’ipotesi è che il potenziamento delle onde lente e del flusso di LCS possa contribuire a rendere il sonno più efficace nel recupero delle funzioni cerebrali. Un’altra area di interesse riguarda le malattie neurodegenerative, in particolare l’Alzheimer e le altre condizioni caratterizzate dall’accumulo nel cervello di proteine potenzialmente dannose, come beta-amiloide e tau.

“L’eliminazione delle scorie cerebrali è fondamentale per la malattia di Alzheimer e altre forme di demenza, causate, in parte, dall’accumulo di molecole come l’amiloide e la proteina tau nel cervello. Se riusciamo a migliorare l’eliminazione delle scorie cerebrali, potremmo contribuire a prevenire l’accumulo di queste placche che portano alla malattia”, ha spiegato Joshua Levitt, autore principale dello studio. Il ricercatore ha inoltre fondato un’azienda con l’obiettivo di sviluppare un dispositivo indossabile, come una fascia per la testa, capace di erogare gli stimoli acustici sincronizzandoli con le onde cerebrali.

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