L’odore dei sogni

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L’ambiguo cattura la nostra attenzione perché non è nitido e immediato. Pensate a un’opera d’arte, o a teatro: il gesto che cattura davvero ci proietta in una nuova dimensione, o ci permette di proiettavi la nostra, e lo fa perché non è una piatta replica della realtà, ma qualcosa che vi si avvicina, ha quel non so ché… sfuggente, terrifico, intrigante come i sogni, e gli odori. Sogni e odori sono entrambi effimeri, evocativi eppure così fisici nelle sensazioni che ci provocano: stiamo “solo” sognando, ma gioiamo, ci spaventiamo, sentiamo un groppo alla gola e il bisogno di urlare – ci svegliamo urlando, o ridendo –  rimaniamo solleticati da eventi surrealmente veri. Così come quando annusiamo qualcosa e una macchina esperienzale parte incontrollabile, magari non siamo capaci di descrivere quella sensazione, ma ci siamo immersi, completamente avvinti.

E gli odori possono influenzare sonno e sogni? Quando dormiamo il nostro naso russa solamente o è anche in grado di percepire gli odori?  E come reagisce il nostro cervello agli stimoli odorosi durante il sonno? Abbiamo più o meno tutti fatto l’esperienza di svegliarci improvvisamente a causa di un rumore o una luce accesa a sproposito, ma succede anche con puzze e profumi?
Intanto partiamo da una considerazione importante: nel sistema olfattivo le connessioni nervose tra i recettori olfattivi e il cervello seguono una via diversa da quella degli altri sensi perché saltano la stazione talamica e vanno dritte alla zona limbica e alla corteccia olfattiva. Più precisamente passano dal bulbo olfattivo alla corteccia olfattiva primaria e all’amigdala e da qui subito a ipotalamo e corteccia orbitofrontale. Tenete a mente.

Cosa succede quando dormiamo

Dalle evidenze sperimentali raccolte finora sappiamo che il sonno oltre a essere fondamentale per la sopravvivenza svolge un ruolo importante nel consolidamento della memoria. Mentre dormiamo in realtà il cervello è tutt’altro che in standby, continua a lavorare riattivando i circuiti nervosi legati alle cose appena apprese, una sorta di riverbero che serve al consolidamento delle informazioni. L’attività del cervello può essere monitorata e questo ha permesso di osservare l’alternarsi di diverse fasi del sonno che corrispondono a un diverso “stato” riconoscibile dal tipo di onde cerebrali prodotte. Le fasi di sonno profondo sono accompagnate da onde “lente”, a bassa frequenza, questa fase è chiamata anche Non-REM. La fase REM invece, quella durante la quale di solito sogniamo, è associata a onde rapide e a un caratteristico movimento riflesso dei bulbi oculari (da cui REM = rapid eye movement).
I ricercatori hanno condotto diverse ricerche per capire come funziona l’elaborazione delle percezioni sensoriali durante il sonno e proprio l’olfatto è per questo tipo di studi il senso più indicato. Perché?

Sonno e olfatto

Quando dormiamo nella quasi totalità dei casi un odore non è sufficiente a svegliarci. Non è come la sgommata in macchina del tamarro di passaggio che inesorabilmente interrompe il nostro sonno, di solito un odore anche se piuttosto intenso non è sufficiente a destarci. Quando succede è perché molti odori hanno anche una componente detta trigeminale che, siccome ci procura una sensazione di fastidio dovuta all’attivazione dei recettori per il dolore, ci sveglia. Diversi esperimenti hanno mostrato come la somministrazione di “odori puri”, che non prevedono l’attivazione della via trigeminale, non provocano in quasi nessun caso il risveglio dei soggetti. Uno dei motivi sembra dovuto proprio alla diversa anatomia delle vie olfattive rispetto agli altri sensi: ossia bypassano le stazioni del tronco encefalico e del talamo che sono coinvolte nei meccanismi di ‘risveglio’.
Ciò non significa che gli odori non vengano percepiti mentre dormiamo, anzi…

28OBOX2-articleLargeCredit: Kate Yandell

Siccome possono essere percepiti senza svegliare il soggetto gli stimoli odorosi sono perfetti per studiare come vengono elaborate le percezioni nel cervello durante il sonno. Certo non si tratta di esperimenti facili da controllare perché i volontari sottoposti ai test oltre ad avere un sonno regolare non devono avere nessuna percezione dell’odore prima e dopo la dormita, per evitare condizionamenti e introdurre variabili che influenzerebbero i risultati. Anche perché la percezione e l’attribuzione di un odore sono correlate al grado di consapevolezza che si ha dell’odore stesso e alla sua familiarità.

Il nostro naso fa un’altra cosa interessante mentre dormiamo: in presenza di un odore modifica le proprie sniffate. Il senso dell’olfatto è strettamente associato al respiro perché è durante l’inspirazione che insieme all’aria inaliamo le sostanze odorose. Se ci pensate anche da svegli quando ci concentriamo su un odore o lo vogliamo sentire meglio iniziamo a sniffare più intensamente e aumentiamo il ritmo del respiro. Alcuni esperimenti hanno mostrato che questo avviene anche quando dormiamo: odori classificati come “piacevoli” fanno aumentare la frequenza respiratoria e, viceversa, odori “sgradevoli” la fanno rallentare.

Tenendo conto anche di queste caratteristiche dell’olfatto i ricercatori del gruppo di Noam Sobel un paio di anni fa hanno condotto una serie di esperimenti per capire se fosse possibile indurre un apprendimento condizionato durante il sonno. Avete presente Pavlov e il cane? Diciamo che questa è una rivisitazione dello stesso principio: l’apprendimento di uno stimolo viene associato a un altro. Gli scienziati si sono detti: associamo dei suoni (un tono, sottosoglia per non svegliare il soggetto) a due diversi tipi di odori, piacevoli e sgradevoli, e vediamo se vi é apprendimento oppure no. In altre parole durante il sonno viene somministrato un suono e subito dopo un odore. Dopo un po’ di ripetizioni se abbiamo imparato ad associare un certo suono a un odore, il suono da solo sarà sufficiente a provocare in noi l’attesa dell’odore associato. Come capire se c’è l’attesa di un odore? Dalle sniffate: se mi aspetto un odore piacevole aumenterò la frequenza delle sniffate/respiri, se mi aspetto una puzza rallenterò i respiri come riflesso di sottrazione.  I risultati di questa ricerca, pubblicati su Nature Neuroscience, mostrano che questo è ciò che avveniva. C’è di più, i ricercatori si sono chiesti anche se ci fossero differenze nell’apprendimento durante le varie fasi del sonno e se questo apprendimento fosse conservato una volta svegli (ritenzione). Gli esperimenti hanno mostrato che l’apprendimento avveniva sia durante la fase REM che durante la fase Non-REM, tuttavia la ritenzione dell’informazione era maggiore se l’apprendimento era avvenuto durante la fase Non-REM, cioè di sonno profondo. La cosa sembra controintuitiva ma è consistente con numerose altre evidenze sperimentali che suggeriscono che le fasi di sonno profondo sono più importanti per il consolidamento della memoria. Inoltre studi condotti anche sui ratti mostrano che durante le fasi di sonno profondo (associato alle onde cerebrali lente) la cortecia olfattiva primaria è meno reattiva, mentre è più intensa l’attività delle connessioni tra le altre aree olfattive e la neocorteccia.
Volendoci lanciare in qualche speculazione possiamo notare che questo tipo di apprendimento legato a un tipo di memoria non-dichiarativa, quindi non consapevole, è anche consistente con il fatto che la percezione olfattiva abbia una componente non dichiarativa particolarmente spiccata, cioè ricordiamo un evento associato a un odore ma non riusciamo a spiegarlo a parole o darne una descrizione chiara.

Odori e sogni

E qui torniamo alla domanda iniziale: gli odori quindi entrano nei nostri sogni o no? Parlando in senso generale e anche in senso lato, tutto può diventare materia onirica e in qualche modo influenzare i nostri sogni e il loro contenuto per quanto ancora non siano ben chiari i meccanismi biologici che vi stanno dietro. Questione più sottile è invece capire se mentre dormiamo e non ne siamo coscienti gli odori possanno o meno avere un effetto sul nostro sonno e su ciò che sogniamo.

Alcuni studi hanno cercato di testare l’effetto di alcune essenze, come la lavanda, sul sonno e i risultati suggeriscono che se si dorme in presenza di questi odori la qualità e durata del sonno aumentino. Tuttavia questi studi hanno una statistica purtroppo molto inconsistente e le condizioni in cui sono stati condotti gli esperimenti non erano sempre ben controllate. Inoltre c’è da dire che siamo qui in un campo al confine tra fisiologia e psicologia per cui diventa ancora più difficile testare alcune ipotesi. Certamente l’uso di alcune essenze può darci un senso di benessere che ovviamente si ripercuote sul nostro grado di rilassamento e può quindi farci dormire meglio, ma è un effetto molto soggettivo e mediato anche dalla nostra coscienza e consapevolezza. Tanto per dire su di me la lavanda – che non sopporto – ha tutto fuorché un effetto rilassante…

I sogni dicevamo. C’è in particolare una ricerca che ho trovato interessante e che ha studiato questo problema: gli odori possono influenzare il contenuto dei nostri sogni?  C’era già stato qualche studio pionieristico negli anni ottanta ma il problema anche in questo caso, come dicevo, sono le condizioni sperimentali. Se vogliamo capire cosa avviene nel cervello che dorme (stato inconsapevole) durante la percezione di un odore e se questo in qualche modo influenza il sonno a prescindere dalla nostre possibili suggestioni e consapevolezza dobbiamo appunto essere sicuri di non avere coscienza dell’odore usato. Questo è per esempio e uno dei punti deboli delle precedenti ricerche.

In questo studio, condotto presso il centro per i disturbi del sonno del dipartimento di otorinolaringoiatria e chirurgia di Mannheim (Germania), i soggetti coinvolti nello studio sono stati monitorati con moderne apparecchiature e in un ambiente controllato per escludere il più possibile variabili e interferenze. I partecipanti hanno prima fatto tutti i test di rito per verificare la normosmia, ossia che il loro naso e olfatto funzionassero in modo normale, test per la soglia di percezione, di discriminazione e identificazione degli odori. Durante il sonno l’attività fisiologica è stata monitorata con polisomnogramma, elettroencefalogramma, elettro-oculogramma e elettromiogramma di entrambe le gambe, tradotto: hanno registrato l’attività e i movimenti di cervello, occhi e muscoli delle gambe. Per la somministrazione degli odori hanno usato un olfattometro che rilasciava gli odori in un flusso d’aria calibrato in modo da non interferire con il respiro e non alterare le condizioni meccaniche e termiche della mucosa nasale. Per specifici set di esperimenti legati all’impatto qualitativo degli odori (piacevole/sgradevole) sono stati usati:

–         H2S: sa di uova marce, generalmente non molto apprezzato, in 4 parti per milione

–         Phenil ethyl alcohol: sa di rosa, di solito ritenuto più piacevole, al 20%

–         Controllo inodore.

Fig2_Sleeping_with_odors-300x197Credit: Franziska Benedict

I partecipanti svegliati durante la fase REM dovevano descrivere ciò che stavano sognando e rispondere a una serie precisa di domande legate al sogno che stavano facendo e alle sue caratteristiche (non so se sarei stata in grado 😀 ). I risultati? Dall’analisi di tutti i dati è emerso che i soggetti non avevano incorporato gli odori, cioè non avevano sognato nulla che fosse direttamente e esplicitamente riconducibile a un odore. Però era statisticamente significativa rispetto al controllo l’attribuzione emozionale associata al sogno e correlata con l’odore. Insomma quando ai partecipanti durante il sonno veniva dato un stimolo puzzolente (leggi sgradevole/spiacevole) il contenuto emozionale dei loro sogni era significativamente più negativo rispetto al gruppo di controllo. Viceversa, quando veniva dato uno stimolo piacevole le emozioni piacevoli durante il sogno erano maggiori rispetto al gruppo di controllo in modo significativo. Sì siete saltati sulla sedia, anch’io.

Certo bisogna andarci cauti con le conclusioni ma questo dato suggerisce che gli odori durante il sonno non vengono incorporati dirattamente nei sogni, ma influenzano le emozioni provate in sogno. Secondo gli scienziati questo è dovuto principalmente al fatto che le connessioni anatomiche del senso dell’olfatto vanno direttamente all’amigdala che è appunto specializzata nell’elaborazione delle emozioni. Come da svegli abbiamo bisogno di un po’ più di training e concentrazione per trovare le parole giuste per un odore o un ricordo olfattivo rispetto a quanto faremmo con un altro tipo di stimolo, così anche dormendo l’olfatto influenza prima il nostro stato emozionale, la ragione arriva dopo.

Per approfondire:

–          Humans can learn new information during sleep,  Anat Arzi, Limor Shedlesky, Mor Ben-Shaul, Khitam Nasser, Arie Oksenberg, Ilana S Hairston & Noam Sobel; 2012, Nature Neuroscience, doi:10.1038/nn.3193

–          The Influence of Odorants on Respiratory Patterns in Sleep, Anat Arzi, Lee Sela, Amit Green, Gili Givaty, Yaron Dagan and Noam Sobel; 2010, Chem. Senses 35: 31–40, doi:10.1093/chemse/bjp079

–          Minimal Olfactory Perception During Sleep: Why Odor Alarms Will Not Work forHumans, Mary A. Carskadon, PhD1; Rachel S. Herz; 2004, SLEEP, Vol. 27, No. 3

–         Information processing during sleep: the effect of olfactory stimuli on dream content and dream emotions, Michael Schredl, Desislava Atanasova, Karl

Sniffate subacquee

Annusare facendo bolle col naso

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C’è una talpa che ha un naso strano, ma strano sul serio. L’hanno chiamata talpa dal naso a stella (Condylura cristata) e, diciamolo, non è proprio una gran bellezza, ma nasconde qualità sorprendenti. Infatti sarà pure mezza cieca, ma è capace di  annusare e seguire scie odorose anche sott’acqua, cosa che essendo un mammifero non è proprio scontata (avete mai provato a dare una bella tirata di naso stando sott’acqua? Ecco). “Naso a stella” è un animale originario della costa orientale del Nord America ed è un mammifero semiacquatico, cioè predilige habitat acquitrinosi, fa spesso tana vicino a piccoli corsi d’acqua, stagni e paludi nei quali ama sguazzare in cerca di cibo. Per poter stanare le proprie prede anche in immersione ha sviluppato una tecnica decisamente raffinata: fa bolle con il naso.
È chiaro che essendo un mammifero per respirare ha bisogno di aria e questo implica che gli odori, per essere percepiti, devono trovarsi nell’aria inspirata dal momento che i recettori olfattivi si trovano nel naso. Nell’acqua ciò non sarebbe possibile, ma Condylura cristata per ovviare al problema quando è immersa in cerca di cibo produce col naso delle bolle che poi inspira di nuovo. La bolla esposta nel’ambiente acquoso permette alle molecole odorose che vi sono disperse di diffondere facilmente al suo interno. In questo modo quando la bolla viene risucchiata nel naso, gli odori arrivano all’epitelio olfattivo e vengono percepiti dall’animale. Possiamo assimilare le bolle a un retino “cattura-molecole” che viene soffiato dal naso e poi risucchiato al ritmo del respiro.

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Credit: Kenneth Catania

Questa scoperta risale a pochi anni fa, quando nel 2006 il biologo Kenneth Catania, della Vanderbilt University di Nashville, negli Stati Uniti studiando le capacità sensoriali del naso della Condylura cristata, notò che questa quando era sott’acqua appresso a una preda faceva bolle col naso. Questi studi all’inizio avevano come scopo quello di caratterizzare meglio le capacità di discriminazione tattile del naso della talpa. Questo organo rappresenta infatti per Condylura cristata prima di tutto un sensibilissimo apparato senso-motorio che la aiuta a orientarsi e a identificare rapidamente le prede. Dire rapidamente in realtà è solo un eufemismo perché questa talpa, che si ciba principalmente di vermiciattoli e altri piccoli invertebrati, mangia a una velocità sconcertante. Anche perché per saziarsi, di vermetti ne deve mangaire un bel po’ e non può permettersi di perdere tempo a sceglierli: il suo naso, “a stella” per l’appunto, è formato da 11 coppie di piccole escrescenze digitiformi con le quali esplora l’ambiente e che le consentono di individuare rapidamente il cibo. In questo modo riesce a setacciare circa 13 diverse zone contemporaneamente acciuffando e ingerendo 8 vermi insieme in meno di due secondi. Che animale affascinante. Il suo naso è uno degli organi di senso più sensibili conosciuti, è dotato di circa 25.000 meccanocettori (per un paragone, sulla nostra mano ce ne sono circa 17.000) e le informazioni tattili arrivano al cervello più velocemente di quanto impieghi a rielabolarle: difatti nel beccare la direzione giusta la talpa non è molto precisa, ma compensa con la velocità. I due piccoli tentacoli inferiori sono quelli maggiormente innervati, l’animale capisce in circa 25 millesimi di secondo se ha trovato qualcosa di commestibile, a quel punto lo aggancia con i due incisivi anteriori e lo ingerisce.

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Credit: Kenneth Catania

Per le sue osservazioni Catania ha usato una camera ad alta velocità (500 frames al secondo), solo in questo modo è stato possibile osservare movimenti tanto rapidi, e accorgersi delle bolle. Il passo successivo quindi è stato capire a cosa effettivamente servissero: in uno degli esperimenti chiave Catania ha costruito un percorso sott’acqua posizionando le prede in zone protette da una grata metallica che impedisse al naso della talpa di entrare in contatto diretto con esse, ma con una maglia abbastanza larga da permettere alle bolle del naso di passare. In questo modo il ricercatore ha osservato che con il solo fiuto le talpe riuscivano a individuare il cibo con una percentuale di successo del 85%, considerevole.

Ai ricercatori è venuto poi il dubbio che anche altri mammiferi acquatici potessero aver sviluppato la stessa strategia. La scoperta? Anche il Sorex palustris, una specie di toporagno, fa le bolle sott’acqua.

Questa scoperta è stata importante per chiarire un passaggio-chiave dell’evoluzione sfatando la precedente idea che l’adattamento alla vita acquatica avesse portato i mammiferi  a rinunciare definitivamente ai piaceri di una sana sniffata. Se questo è vero ad esempio per i cetacei, che per trovare le prede usano l’ecolocazione, e per i baffuti pinnipedi, che localizzano il cibo sott’acqua con le vibrisse e si accontentano di usare il naso solo una volta emersi, la talpa dal naso a stella e il toporagno acquatico dimostrano come si sia evoluta anche una stategia diversa.

Come dire c’è un’alternativa a tutto…

Per approfondire:

Sarah Marriott, Emily Cowan , Jacob Cohen and Robert M Hallock, Somatosensation, Echolocation, and Underwater Sniffing: Adaptations Allow Mammals Without Traditional Olfactory Capabilities to Forage for Food Underwater, Zoological Science 30(2):69-75. 2013.

Kenneth C. Catania, Olfaction: Underwater ‘sniffing’ by semi-aquatic mammals, Nature 444, 1024-1025, 2006.

Kenneth C. Catania, Star-nosed moles. Curr Biol 15: 863–864, 2005.

Kishida T, Kubota S, Shirayama Y, Fukami H,  The olfactory receptor gene repertoires in secondary-adapted marine vertebrates: Evidence for reduction of the functional proportions in cetaceans, Biol Lett 3: 428–430, 2007.