Dormire con metà cervello per volta come i delfini: com’è il sonno uniemisferico nell’uomo

Vi è mai capitato, dormendo per la prima volta in un posto nuovo, di sentirvi più “vigili” del solito durante il sonno? Che sia la camera di un albergo o la stanza degli ospiti a casa di un amico, la colpa – almeno in parte – non è del grande caldo di questa afosa estate, ma del nostro cervello: anzi, di un emisfero del nostro cervello che rimane più attivo per monitorare la situazione in questo luogo a noi non conosciuto. Nel regno animale, il fenomeno – noto come sonno uniemisferico – non è una novità. A ricorrere a questa strategia sono soprattutto uccelli migratori e cetacei, che riescono così a mantenere attive alcune funzioni anche durante il sonno. Negli uccelli, questo meccanismo permette innanzitutto di riposare in volo senza interrompere le lunghe migrazioni e, allo stesso tempo, di mantenere un certo livello di vigilanza nei confronti di eventuali predatori. Quest’ultima funzione, insieme alla necessità di risalire periodicamente in superficie per respirare, è particolarmente importante anche per i mammiferi marini. Nell’uomo il sonno uniemisferico non è sviluppato in modo così marcato, ma studiare come funziona nelle altre specie può aiutarci a capire meglio alcuni nostri meccanismi.

Uccelli e sonno uniemisferico: perché dormono con un occhio aperto

Per comprendere appieno il sonno uniemisferico, uno dei casi più interessanti è quello degli uccelli, in cui questa capacità sembra avere un preciso valore adattativo. Nel 1999, un team di ricercatori ha dimostrato che, nei germani reali (Anas platyrhynchos), gli individui che dormono ai margini di un gruppo, quindi più esposti a eventuali predatori, ricorrono più frequentemente al sonno uniemisferico rispetto agli individui posizionati al centro. In più, tengono aperto l’occhio opposto (controlaterale) all’emisfero più vigile e lo orientano verso l’esterno del gruppo. Si tratta di un meccanismo noto anche in altri animali, ma che negli uccelli è particolarmente evidente perché – come spiegato in un articolo di Drenhaus & Rager pubblicato su The Anatomical Record – possiedono vie visive fortemente incrociate: le informazioni raccolte da ciascun occhio vengono elaborate soprattutto dall’emisfero opposto.

Questo permette ai germani che si trovano ai margini del gruppo di mantenere sotto controllo l’ambiente circostante con l’occhio rivolto verso l’esterno, mentre l’altro emisfero riposa. E proprio questa capacità di aumentare o ridurre il ricorso al sonno uniemisferico a seconda della posizione nel gruppo mostra quanto questa strategia sia flessibile e modulabile. Questa flessibilità diventa ancora più evidente negli uccelli che affrontano migrazioni o lunghi periodi di volo, durante i quali il sonno deve adattarsi alle esigenze della locomozione e della navigazione. Nelle fregate (Fregata minor) questo è stato dimostrato da Rattenborg e colleghi direttamente con EEG (elettroencefalogramma). Lo studio, pubblicato su Nature communications, suggerisce che, durante voli oceanici, questi uccelli possono entrare nel sonno a onde lente anche con un solo emisfero, soprattutto mentre planano e girano nelle correnti ascensionali. Dalla necessità di mantenere sotto controllo un possibile predatore fino a quella di continuare a volare per lunghi periodi, dunque, gli uccelli ci dimostrano come riposare con metà cervello possa essere un grande vantaggio. Ma il sonno uniemisferico non è una loro prerogativa: nei cetacei questa strategia ha assunto un ruolo ancora più centrale, diventando il loro principale modo di dormire.

Come dormono delfini e balene senza smettere di respirare

Vivere in acqua respirando aria pone un problema inevitabile: bisogna tornare periodicamente in superficie. Finché si è svegli è semplice, ma quando arriva il momento di dormire, spegnersi completamente può diventare pericoloso. Mantenere un emisfero relativamente vigile, quindi, permette a delfini e balene di conservare il controllo dei movimenti necessari al nuoto e alla respirazione senza rinunciare del tutto al sonno. A questo si aggiungono altri possibili vantaggi, come la capacità di monitorare l’ambiente e contribuire alla termoregolazione. Una strategia simile viene utilizzata anche da otarie e foche da pelliccia, soprattutto quando dormono in acqua. Sulla terraferma, invece, questi animali ricorrono molto di più al sonno a onde lente biemisferico, cioè la modalità più “classica” in cui entrambi gli emisferi dormono contemporaneamente. Delfini e balene, al contrario, riposano principalmente attraverso il sonno uniemisferico.

A riassumere questa particolare riorganizzazione del sonno nei cetacei è un articolo del 2008: durante il riposo, un emisfero mostra onde lente e ad alta ampiezza tipiche del sonno profondo, mentre l’altro presenta un’attività più desincronizzata, simile a quella della veglia. I due lati del cervello si alternano nel riposo e, sul lungo periodo, ricevono quantità comparabili di sonno. Come evidenziato da Mascetti nel 2016, in una singola sessione può capitare che un emisfero dorma più dell’altro, ma questa asimmetria tende a compensarsi nelle sessioni successive, fino a distribuire il sonno in modo sostanzialmente equilibrato tra i due lati. Il fenomeno sembra inoltre essere regolato in modo indipendente nei due emisferi: se il sonno viene disturbato ripetutamente da un solo lato, è proprio quell’emisfero a mostrare successivamente un aumento compensatorio del sonno a onde lente, come descritto da uno studio del 1992.

Addormentarsi con metà cervello per volta: cosa succede all’uomo

Proprio questa relativa indipendenza tra i due emisferi rende il sonno dei cetacei, mammiferi come noi, particolarmente interessante anche per comprendere quello umano. Nell’uomo non è stato osservato un vero sonno uniemisferico paragonabile a quello di delfini e balene, ma alcune ricerche mostrano che, in determinate condizioni, i due emisferi del nostro cervello possono comunque raggiungere livelli diversi di profondità del sonno e di vigilanza. Uno degli esempi più studiati è il cosiddetto “effetto prima notte”, ben noto a chi si occupa di ricerca sul sonno: quando una persona dorme per la prima volta in un ambiente sconosciuto, come una camera d’albergo, il riposo tende a essere più frammentato e meno profondo. Uno studio pubblicato su Current Biology ha mostrato che, durante questa prima notte, l’attività cerebrale non è perfettamente simmetrica. Durante l'esperimento, gli autori hanno riscontrato che l'emisfero sinistro – in particolare il Default Mode Network (DMN)– rimane in uno stato di sonno più leggero rispetto al destro e sembra conservare una maggiore capacità di reagire ai suoni provenienti dall’ambiente. Questa asimmetria scompare o si riduce nelle notti successive, quando il luogo diventa più familiare. I ricercatori hanno interpretato il fenomeno come una sorta di sistema di “sorveglianza notturna”: una versione molto attenuata di ciò che nei cetacei e negli uccelli permette di stare all’erta dai predatori mentre ci si riposa. Non è chiaro però se ci sia un'alternanza tra i due emisferi: per sciogliere questo dubbio saranno necessari ulteriori studi.

Uno studio del 2019 coordinato dall’Università tecnica di Berlino, invece, ha analizzato le differenze tra i due emisferi applicando modelli matematici alle mappe reali delle connessioni cerebrali umane, anche per quanto riguarda il grado di sincronizzazione dell’attività neurale durante il sonno. Nel cervello addormentato, infatti, l’attività dei neuroni tende a diventare più coordinata e regolare (sincronizzata). In alcune condizioni, però, questa sincronizzazione può essere leggermente più marcata in un emisfero rispetto all’altro, suggerendo che i due lati del cervello non dormano sempre con la stessa intensità. Le cause di questa asimmetria non sono ancora chiare e, secondo i modelli sviluppati dai ricercatori, potrebbero dipendere anche dalle differenze strutturali e di connettività tra i due lati del cervello. Studiare questi fenomeni può quindi aiutare a capire se il cervello umano conservi, anche se in forma molto più limitata, parte della flessibilità osservata in animali capaci di vero sonno uniemisferico.

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