The electroencephalographic features of the sleep onset process and their experimental manipulation with sleep deprivation and transcranial electrical stimulation protocols

Il processo di addormentamento è caratterizzato da una serie di progressivi cambiamenti elettroencefalografici (EEG) locali (Gorgoni et al., 2019). Stante la consolidata evidenza relativa alla possibilità di modulare l’attività EEG umana tramite manipolazioni sperimentali, recentemente è cresciuto l’interesse rispetto alla possibilità di modulare, indurre o prevenire i cambiamenti EEG tipici della transizione veglia-sonno.

La rassegna da poco pubblicata su Neuroscience and Biobehavioral Reviews (fino al 26 giugno 2020 disponibile per il download gratuito)aveva come obiettivo quello di sistematizzare le attuali conoscenze sui meccanismi elettrofisiologici del processo di addormentamento, e le evidenze empiriche relative alla possibilità di influenzare sperimentalmente tali meccanismi.

La prima parte della rassegna è dedicata al complesso pattern di cambiamenti elettrofisiologici locali che caratterizzano l’addormentamento nell’adulto sano. Per ciascuna banda di frequenza EEG, vengono descritte in maniera dettagliata le variazioni osservate durante la transizione veglia-sonno tramite l’utilizzo di diverse tecniche di indagine: analisi spettrale, analisi dell’attività ritmica oscillatoria, valutazione delle sorgenti corticali, rilevazione di specifici grafoelementi (onde lente, fusi del sonno) e tecniche di connettività corticale.

Successivamente, vengono riportati i risultati di recenti studi relativi agli effetti di un periodo di veglia prolungata sull’elettrofisiologia dell’addormentamento. Tali dati indicano chiaramente come la deprivazione di sonno influenzi in maniera intensa il pattern EEG della transizione veglia-sonno, con effetti regionali frequenza-specifici in tutte le misure considerate. Nel complesso, l’incremento di pressione omeostatica verso il sonno non sembra indurre cambiamenti qualitativi nell’EEG, ma provoca una forte accelerazione e intensificazione dei cambiamenti elettrofisiologici tipici della transizione veglia-sonno, con una precoce comparsa di dinamiche cerebrali e ritmi locali tipici del sonno già prima dell’addormentamento.

Infine, sono state prese in considerazione evidenze empiriche relative all’applicazione di tecniche di stimolazione elettrica cerebrale, note per la loro capacità di modulare in maniera non-invasiva la fisiologia cerebrale e il funzionamento cognitivo (Annarumma et al, 2018), allo scopo di influenzare, indurre o prevenire le dinamiche elettrofisiologiche tipiche dell’addormentamento in soggetti sani. I dati presi in esame suggeriscono che la stimolazione transcranica a corrente alternata bilaterale a 5 Hz, al momento, rappresenta il candidato ottimale per incrementare la pressione verso il sonno, inducendo in veglia modificazioni dell’EEG sovrapponibili a quelle tipiche dell’addormentamento, e provocando coerenti modificazioni elettrofisiologiche durante il sonno successivo. Dall’altro lato, osservazioni preliminari sembrano indicare che diverse tecniche di stimolazione elettrica transcranica siano in grado di ridurre i livelli di sonnolenza, ma le evidenze elettrofisiologiche sono ancora scarse e gli effetti specifici sul processo di addormentamento non sono ancora stati studiati.

La comprensione del significato funzionale del pattern EEG dell’addormentamento e l’identificazione di come esso possa essere influenzato rappresentano i punti di partenza per concettualizzare le alterazioni del processo di addormentamento e ipotizzare innovative modalità intervento. L’osservazione delle intense modificazioni elettrofisiologiche indotte dalla deprivazione di sonno sul successivo addormentamento è cruciale per sviluppare efficienti contromisure contro le conseguenze drammatiche dell’eccessiva sonnolenza diurna. L’opportunità di influenzare in maniera bidirezionale l’EEG umano con tecniche di stimolazione elettrica transcranica rappresenta una promettente possibilità per contrastare le alterazioni dei disturbi del processo di addormentamento: da un lato, l’induzione di processi di sincronizzazione EEG potrebbe promuovere la sonnolenza in condizioni caratterizzate da elevati livelli di arousal durante la transizione veglia-sonno (es., insonnia); dall’altro lato, la promozione di desincronizzazione EEG potrebbe avere effetti attivanti in soggetti caratterizzati da elevata pressione verso il sonno (es.,  sindrome da apnee ostruttive, ipersonnia).

Dott. Maurizio Gorgoni, membro AIMS

Riferimenti bibliografici:

• Annarumma, L., D’Atri, A., Alfonsi, V., De Gennaro, L., 2018. The efficacy of transcranial current stimulation techniques to modulate resting-state EEG, to affect vigilance and to promote sleepiness. Brain Sci. 20 8 (7). https://doi.org/10.3390/brainsci8070137.

• Gorgoni, M., D’Atri, A., Scarpelli, S., Ferrara, M., De Gennaro, L., 2019a. Timing and topography of sleep onset: asynchronies and regional changes of brain activity. Handbook of Behavioral Neuroscience, vol. 30. Elsevier, pp. 19–31.