La dimensione della pupilla offre una finestra che apre gli occhi nel sonno profondo

Un nuovo studio rileva che il sonno profondo è correlato con la dimensione della pupilla più piccola nei topi.

Fonte: Petr Novák / Wikipedia Commons

È comunemente noto che le dimensioni della pupilla fluttuano in risposta alla luminosità e all’oscurità durante la veglia. Quello che è meno comunemente noto è che la dimensione della pupilla è anche regolata dal sistema nervoso autonomo (ANS) in risposta a vari gradi di eccitazione, attività delle onde cerebrali e stati corticali.

Ad esempio, durante i periodi di difficoltà, i meccanismi di “lotta o fuga” del sistema nervoso simpatico (SNS) dilatano le pupille per ottimizzare la vista di fronte al potenziale pericolo. Al contrario, quando è il momento di “riposare e digerire” il sistema nervoso parasimpatico (PNS) costringe le dimensioni della pupilla.

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Attraverso la lente della psicofisiologia, l’aumento della dimensione della pupilla viene attivato dall’SNS come parte di un sistema adrenergico alimentato dall’adrenalina. Il rovescio della medaglia, la risposta inibitoria modulata dal PNS riduce la dimensione della pupilla ed è guidata da un sistema colinergico, che utilizza l’acetilcolina.

Colinergico significa “fare affidamento o avere a che fare con l’acetilcolina”. Colloquialmente, l’acetilcolina era originariamente denominata “vagusstoff” o “sostanza vagica” perché il nervo vago schizza l’acetilcolina per rallentare la frequenza cardiaca e calmare il sistema nervoso.

Gli scienziati hanno studiato il modo in cui il sistema nervoso autonomo media le dimensioni della pupilla durante la veglia negli studi sull’uomo e sugli animali da decenni. Tuttavia, poiché il sonno si verifica con le palpebre chiuse, è stato impossibile per i ricercatori osservare direttamente i cambiamenti nel diametro della pupilla durante le varie fasi del sonno, fino ad ora. La tecnologia a infrarossi all’avanguardia sviluppata dai ricercatori in Svizzera presso l’Università di Ginevra ha di recente fornito una nuova finestra che apre gli occhi sui cambiamenti delle dimensioni della pupilla durante il sonno.

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Il pionieristico studio svizzero, “L’accoppiamento delle pupille con gli stati corticali protegge la stabilità del sonno profondo tramite la modulazione parasimpatica”, è stato pubblicato il 18 gennaio sulla rivista Current Biology.

Illustrazione artistica di come la dimensione della pupilla del mouse è una finestra sull’attività cerebrale anche durante il sonno.

Fonte: Daniel Huber / Université de Genève

Per questo studio, i ricercatori dell’Università di Ginevra hanno utilizzato una tecnica di retroilluminazione a infrarossi per misurare con precisione la “pupillometria” (dimensione della pupilla) associata a un elettrocorticogramma per misurare l’attività cerebrale e gli stati corticali nei topi dormienti.

Alunni più piccoli = Sonno più profondo

I ricercatori hanno scoperto che il sistema nervoso parasimpatico guida i cambiamenti nella dimensione della pupilla durante il sonno profondo non-rapido (NREM). Gli scienziati ipotizzano che la dimensione della pupilla più piccola durante il sonno profondo sia funzionale a mantenere la stabilità del sonno anche se la luce ambientale si illumina.

In particolare, i ricercatori hanno anche osservato che i cambiamenti nell’attività cerebrale e negli stati corticali fluttuavano in tandem con i cambiamenti nel diametro della pupilla durante le varie fasi del sonno.

Come gli autori scrivono nello studio astratto: “Il nostro studio rivela che la dimensione della pupilla è dinamica durante il sonno e strettamente accoppiata ai diversi stati del sonno. Più profondo è il sonno, più l’allievo si restringe. Questo accoppiamento è principalmente mediato dal sistema parasimpatico e potrebbe fornire una funzione protettiva bloccando l’input visivo durante il sonno profondo. ”

Per individuare il modo in cui il sistema nervoso parasimpatico modula le dimensioni della pupilla durante il sonno, gli scienziati hanno usato un antagonista farmacologico per bloccare la funzione dell’acetilcolina sui recettori colinergici.

Come un’altra misurazione indipendente del ruolo parasimpatico “vagusstoff” svolto nel ridurre la dimensione della pupilla, i ricercatori hanno anche monitorato le fluttuazioni della frequenza cardiaca. Come spiegano gli autori, “Questi risultati completano rapporti precedenti che mostrano che la frequenza cardiaca è correlata con la modulazione parasimpatica e anche con l’attività corticale durante il sonno NREM”.

Questo studio è significativo perché rivela per la prima volta che esiste una forte correlazione tra stati corticali e dimensioni della pupilla durante il sonno profondo, che fino ad ora era nascosto alla vista dietro le palpebre chiuse.

“Il detto comune che” gli occhi sono la finestra dell’anima “potrebbe persino rimanere vero dietro le palpebre chiuse durante il sonno”, ha concluso in una dichiarazione il coautore Özge Yüzgeç. “L’allievo continua a svolgere un ruolo importante durante il sonno bloccando l’input sensoriale e proteggendo così il cervello nei periodi di sonno profondo quando i ricordi dovrebbero essere consolidati.”

La ricerca futura del team dell’Università di Ginevra esplorerà la possibilità di utilizzare la loro tecnica di pupillometria a infrarossi negli studi sull’uomo. Il monitoraggio non invasivo degli alunni potrebbe offrire nuove informazioni su come il sistema nervoso parasimpatico determini cambiamenti nelle dimensioni della pupilla e protegga anche la stabilità del sonno profondo negli esseri umani.

Riferimenti

Özge Yüzgeç, Mario Prsa, Robert Zimmermann, Daniel Huber. “L’accoppiamento delle pupille con gli stati corticali protegge la stabilità del sonno profondo attraverso la modulazione parasimpatica”. (Pubblicata online: 18 gennaio 2018) Biologia corrente DOI: 10.1016 / j.cub.2017.12.049

Margaret M. Bradley, Rosemarie G. Sapigao, Peter J. Lang. “Modulazione ANS simpatica del diametro della pupilla nella percezione della scena emotiva: effetti del contenuto edonistico, luminosità e contrasto.” Psicofisiologia (Prima pubblicazione: 8 maggio 2017) DOI: 10.1111 / psyp.12890

Margaret M. Bradley, Laura Miccoli, Miguel A. Escrig e Peter J. Lang. “L’allievo come misura di eccitazione emotiva e attivazione autonoma”. Psicofisiologia (2008) DOI: 10.1111 / j.1469-8986.2008.00654.x