IL SONNO UNIEMISFERICO NEL MODELLO ANIMALE DEL PULCINO DOMESTICO (Gallus gallus) COME ASPETTO DEL SONNO LOCALE

SUMMARY OF THE THESIS (PhD School in Psychological Sciences, Psychobiology, XXII Cycle) TITLE: The unihemispheric sleep in the chick (Gallus gallus) animal model as an aspect of local sleep PhD student: Cristian Nelini One of the most evident features of the common chicken (Gallus gallus) is the strong lateralization of cerebral functions. Many experiments have been conducted attempting to investigate the hemispheric specialization in the chick. It is generally considered that the right hemisphere is implicated in behaviors such as attack, copulation, novelty stimulus answers and spatial abilities; whilst the left hemisphere is dominant in stimuli categorization and learning in visual discrimination tasks. At the anatomical level the lateralization of the cerebral functions in chicken is favored by the almost complete visual pathways decussating at the optic chiasm as well as the lateral position of the eyes and the presence of independent ocular movements. Another peculiar feature in chicken is the presence, beside the normal bihemispheric sleep, of a particular (behaviorally and electrophysiologically) state defined as unihemispheric sleep. During unihemispheric sleep a cerebral hemisphere shows a typical EEG of slow wave sleep (SWS), whilst the other hemisphere shows a wake EEG. At a behavioral level the closure of one eye during episodes of unihemispheric sleep is associated with an intrahemispherical EEG asymmetry. This means that the contralateral eye to the sleeping hemisphere eye stays closed, whilst the contralateral eye to awake hemisphere is open (Ball et al., 1985). This phenomenon is diffused in birds but has also been observed in several species of marine mammals and in some reptiles (Rattenborg et al., 2000a). On the basis of the previously described conditions, the closure of the eye is used as indirect measure of wake/sleep state of the two hemispheres (Rattenborg et al., 2000). A first explanation of the monocular unihemispheric (Mo-Un) sleep phenomena seems to associate it to voluntary respiration in marine mammals, whilst in birds the phenomenon is associated to anti predatory vigilance (Rattenborg et al., 2000b). In 1995 Lesley Rogers has described how during the first week of life the chick shows a clear preference for right Mo-Un sleep (sleep in the left hemisphere); the preference shifts to left Mo-Un sleep in the second week. This lateralization pattern seems to be, behaviorally and cognitively, associated to a major involvement of the left hemisphere during the first week of environmental investigations at a general level and the consolidation of the imprinting object; whilst a major involvement of the right hemisphere in the analysis of the stimulus details and the topographical/spatial features of the environment in the second week (Rogers, 1995; 2002). Moreover, many studies completed in our laboratories have described how the Mo-Un could be modulated by light stimulation in ovo (Bobbo et al., 2002), by breeding conditions (Mascetti et al., 1999, Bobbo et al., 2006a) and by activities taken on by the chicks during wake state: research and learning of a visual discrimination task (Mascetti et al., 2007), consolidation of the memory trace relative to the imprinting object (Bobbo et al., 2006b), passive avoid learning (Bobbo et al., 2007). The obtained results have allowed describing a direct relationship between unihemispheric sleep and lateralization of cerebral functions in the chick. Recently Tononi and Cirelli (2006), basing themselves on the consolidated theory proposed by Borbely in 1982 on the two regulatory sleep processes - circadian and homeostatic processes - have advanced an hypothesis dedicated to clarify the possible synaptic mechanisms at the basis of such processes. According to the authors, one of the principal sleep functions is the downscaling of the synapses in the cerebral cortex. The several results presented by Tononi and Cirelli (2003; 2006) show how the learning processes, the long term potentiation (LTP) and neuronal plasticity tend to increase the strength of the synaptic intracortical connections, particularly the neural network of the wake-state. The increase of the strength of synaptic connection seems to reach its maximum in the evening, and also seems to be at the basis of a synaptic re-organization during SWS. This re-organization could consist in an active synaptic downscaling in order to re-optimize the cerebral functioning for the next wake state. Therefore the mechanisms of downscaling are strictly connected to SWS and more precisely to what is defined as Slow Wave Activity (SWA) in the 0.75 – 4 Hz band. Using high density EEG Huber et al. (2004) have observed how SWS and SWA do not distribute uniformly on the scalp during sleep, but are revealed in correspondence of those regions that are mostly activated during wake. Those recent observations and the following scientific evidences (Buchmann et al., 2009; Ringli et al., 2009) on topographical distribution of SWS have permitted to advance the hypothesis that SWS could be a local phenomena in the cerebral functioning, directly connected to synaptic downscaling as well as connected to the activities that the subject carried out during wake. Evidences of local sleep have also been reported in studies conducted on children and teenagers and seem to be tied to processes of cerebral and cognitive development. Also in rats it was possible to observe an increase in SWA. This is seen in the cerebral region mainly stimulated during wake and also when the stimulation consisted in learning tasks and passive stimulation caused by the vibrissae cutting. Considering all those facts, the hypothesis advanced in this project is that Mo-Un Sleep (SWS) could be a form of local sleep present in organisms with simplified cognitive pattern and philogenetically far from human beings. To the purpose of validating this hypothesis, some of the most solid scientific paradigms for the study of sleep and for the cerebral lateralization have been used. Effects of sleep deprivation on the Mo-Un sleep pattern The first two experiments have applied the experimental paradigm of sleep deprivation, which is a widely used procedure to study the sleep functions. In a first study (Bobbo et al., 2008) the effects of sleep deprivation have been investigated on female chicks 11 day after hatching. During the second week of sleep it is known that chicks show normally a preference for left Mo-Un sleep (right hemisphere) (Bobbo et al., 2002). The sleep deprivation lasted 8 hours and consisted in forcing the animals to walk on a tapis roulant moved by an electrical engine at a velocity of 0.06 m/s. The experimental design consisted of three groups: the first control group (N=8, N-DEP1) stayed in the sleep observation cages (where the animals were kept after hatching and were also used as observation cages), the second control group chicks (N=8, N-DEP2) were put on the turned off tapis roulant, and the chicks of third group (N=8, DEP-8H) were subjected to 8 hours of sleep deprivation on a running tapis roulant. Right after the sleep deprivation period, sleep was observed for behavior 6 hours long. The number and the length of binocular/bihemispheric and Mo-Un sleep episodes was registered and separately counted for right and left Mo-Un. From the data analysis it came out that sleep deprived chicks, during the following recovery phase, were sleeping significantly more than the non-deprived chicks (Fig.1) and that the sleep episodes of deprived chick had a significantly longer mean length compared with the controls (Fig.2). The group N-DEP2 was not inserted in the analysis because it was not showing any significant difference to the N –DEP1 group. The results on binocular sleep could be interpreted as a probable rebound effect due to the need of obtaining a better recovery of sleep after deprivation. Regarding monocular sleep (Fig.3) the major effect observed consisted in significant preference for the closure of the left eye (right hemisphere sleep) during the episodes of Mo-Un sleep in the control N-DEP1 chicks. Those results correspond to the literature data. As previously underlined the chicks at the 11th day of life show a significant preference for Mo-Un left sleep (Bobbo et al., 2002). This preference has also been observed in the N-DEP1 control chicks, but it disappeared in the deprived chicks. In the group DEP-8H no significant preference has been observed for the right or left Mo-Un sleep. This result, together with the data obtained from binocular sleep, could be interpreted as a need from both hemispheres to catch up the lost sleep of deprivation irrespective of initial sleep lateralization observed in the controls, which is known being associated to the cognitive development of the animal. In a second experiment of sleep deprivation (Bobbo et al., 2009) the effects of sleep deprivation of different length have been investigated (4 and 8 hours) at different days of development. 48 female chicks have been used at the fifth (N=24) and at the eighth (N=24) day of life. Three under-groups were created for each day: a first control group stayed in the sleep observation cages (N=8, N-SD), a second group was submitted to 4 hours of sleep deprivation inside the tapis roulant (N=8, SD-4H), and the last group had 8 hours of sleep deprivation (N=8, SD-8H). Also in this case sleep was recorded at the behavioral level. From the data analysis it resulted that the chicks at the fifth and the eighth day, deprived for either 4 or 8 hours, slept more than the controls in the following recovery phase and showed events of longer mean length (Fig.4 and Fig.5). Statistical analysis were carried out on time spent in monocular sleep in seconds (total Mo-Un, left Mo-Un and right Mo-Un), and on the percentage of Mo-Un sleep calculated usign a laterality index {[(Mo-Un left - Mo-Un right)/(Mo-Un left + Mo-Un right)]*100}. Relative to the time spent in Mo-Un sleep (in seconds), no differences have been found on the quantity of total Mo-Un sleep (Mo-Un left and Mo-Un right) after 4 hours of sleep deprivation at the fifth day, whilst, again at the fifth day, a decreasing amount of total Mo-Un sleep after 8 hours of deprivation was observed. At the eighth day the chicks showed a reversed effect: an increased quantity of Mo-Un sleep was observed in the 4 hours deprived chicks compared to the 8 hours deprived chicks. This result could be caused by the novel environment to which the chick was exposed (tapis roulant). In fact it is known that from the second week of life the chick is dedicated to the observation and categorization of environmental stimuli and is more reactive to the novel stimuli (Vallortigara, 1992; Freire and Rogers, 2007). The analysis executed on the time spent sleeping with the lateralization index gave a clear idea of lateralization of sleep after deprivation (Fig.6). At the fifth day the N-SD control chicks showed a significant preference for the right eye closure (left hemisphere sleep) whilst the N-SD chicks at the eighth day showed a preference for left Mo-Un sleep. These results are in concordance with the reference literature. Regarding the sleep deprived animals, neither at the fifth nor at the eighth day, both for the SD-4H and SD-8H, a significant preference has been observed for the right or left Mo-Un sleep. As a conclusion, the results obtained in this experiment have shown the same lateralization pattern of sleep observed in the previous sleep deprivation experiment: a higher amount of binocular sleep and no preference for lateralized SWS after deprivation. Those results could point out that also in this case the need for recovery of lost sleep for both hemispheres is irrespective of the stage of cognitive development (associated to a determinate pattern of sleep lateralization). Effects of monocular deprivation on the Mo-Un sleep pattern A subsequent experiment has investigated the effects of monocular deprivation on the sleep pattern of chick (Bobbo et al., In preparation). The experimental procedure of monocular deprivation (MD) is usually used to investigate the plasticity of visual system during the critical period of visual ways and consist in the closure of one eye. It is known form literature that the critical period in the visual pathways of chick lasts up to the third day after hatching (Deng and Rogers, 1998). After a MD is run during the critical period of the chick, the lateralization of attack and copulation (Rogers, 1990) is reversed. The MD effects have been investigated in female chick. The study has been conducted on 72 female chicks tested at the second day of life. To test for incubation conditions, 48 eggs were dark incubated and 24 eggs were light incubated. It has been observed that light stimulation in ovo during the last days of incubation influences the lateralization of the visual ways and modulates the direction of Mo-Un sleep (Bobbo et al., 2002). On the basis of the consideration that also the first day of life the light stimulation can influence the visual pathway lateralization, a group of chick has been bred in light, whilst the other was bred in total darkness. Right after hatching, the light-incubated chick (light-light) and half of the dark incubated chicks (dark–light) were bred in the light. The other chicks were bred in the darkness (dark–dark). The MD procedure lasted 12 hours, from midnight of the first day of life to the midday of the second day of life, and consisted in selective occlusion of one eye with a black material hood fixed with adhesive tape. For every of the incubation and breeding conditions described, to a chick group was deprived the right eye (DX), to the other group the left eye (SX) and to the third none of the eyes was deprived (control). After the MD procedure, behavioral sleep was observed for 6 consecutive hours. Moreover, during MD procedure and the subsequent six hours of sleep observation, we decided to investigate the motor activity, using the proper activity cages. The results obtained have highlighted the fact that MD does not influence the binocular sleep time, whilst Mo-Un sleep is deeply affected (Fig.7). How previously demonstrated (Bobbo et al. 2002), the asymmetrical in ovo stimulation influences the sleep lateralization pattern. The chick of the control group, whose eggs where dark incubated, showed a clear preference for the right eye closure (left hemisphere sleep), whilst the chick from the light incubated eggs showed a preference for the left eye closure (right hemisphere sleep) (Fig.8). The SX chicks, who where left eye deprived, irrespective of incubation conditions show a strong preference for the right eye closure (left hemisphere sleep) during episodes of Mo-Un sleep. The DX chicks, which were right eye deprives, seem to be influenced from MD in a different way, depending on the incubation and breeding conditions. Only the dark-dark chicks show a marked preference for left eye closure during monocular sleep, whilst the other two groups did not show any preference. It is plausible to suppose that the contralateral to the deprived eye hemisphere sleeps during MD and therefore, at the end of MD the other, ipsilateral hemisphere needs a higher amount of sleep caused by the increased activity of the hemisphere during wake. Further studies that include EEG recording that could help understand what happens in the deprived hemisphere are planned. Another hypothesis that can be advanced is that, in spite of the fact that light stimulation in ovo modulates the sleep lateralization as we have shown in the control chicks, the MD has a stronger effect compared to what happens during incubation. Another aspect that has emerged is that the left hemisphere of chick that received light (either during incubation or during their first day of life) seems to be less sensitive to MD since visual pathways and areas are higher lateralized toward left. For the interpretation of the data it has to be taken in account the role that the right eye plays in the analysis and in the process of imprinting that is considered a form of memory of precocious identification that develops in the nidifugous species after the exposition of salient stimuli in absence of reinforcement. The critical period for the imprinting lasts only the first days of life. It is therefore plausible to retain that MD could interfere with imprinting. We know that chick bred in social isolation (without imprinting) show a behavior that is normally induced by a stress situation (frequent distress calls and non-finalized movements). To this end the motor activity of chick represent an indirect index of the possible MD effect on consolidation of the imprinting object. From the graph (Fig.9) it should be clear that the chick that were right eye deprived show totally a significant increment of motor activity compared to the control chick. The dark-dark chicks present a higher motor activity compared to the other two groups. This effect could be interpreted under the light of the fact that the dark-dark condition extends its critical period for imprinting to the second day of life and as a consequence the chicks, who don’t have yet elaborated the imprinting process, could show more motor activity associated to a distress situation. Also the results of this experiment seem in favor of the hypothesis that accounts the Mo-Un sleep as a dynamic aspect of sleep, that can be modulated by the in ovo modulation, by environmental modification of the breeding conditions and also following MD. Spatial learning and Mo-Un sleep Numerous scientific proofs on man and on animal, underlie the possible role of sleep for consolidation of the memory trace, more specifically the role of SWS between 0,75 and 4,5 Hz (SWA) (Stickgold, 2005). It is well known that the right hemisphere is mainly dominant in the control of behavior and spatial learning. As a consequence the aim of this experiment is to investigating the pattern of Mo-Un sleep following the learning of a spatial task during which the animals could rely only on geometrical and topographical clues (Nelini et al., In preparation). The experimental paradigm used for the learning phase was the paradigm of the geometric module (rectangular arena). This allows the valuation of the re-orienteering abilities based exclusively on geometrical and topographical clues (Vallortigara et al., 1990; 2004). In a first experiment 12 female chicks at their eighth day of life were used. They were dark incubated and bred with the imprinting object. After their hatching the animals were divided in two groups. An experimental group (N=6) was subjected to a training in the arena. The animals had to learn to discriminate the correct angle where food was present using only with spatial clues (training with spatial learning). At the 11th day, the animals were subjected to a test whose aim was to verify the learning (the criterion for learning was set at 80% of correct choices). A group of chicks (N=6, control group) was submitted to the same experimental procedure, but inside the arena the food was present at every angle so they were not under a learning process (training without spatial learning). Right after the training and the test sleep has been observed at the behavioral level for three hours. The learning results show that only the experimental group chicks learned the task (Fig.10). Regarding the sleep data, we observe how the experimental group showed a significant increase of total bihemisphric sleep compared to the control group and also a significant increase of left Mo-Un sleep (left eye closure – right hemisphere sleep) (Fig.11 and Fig.12). The results relative to lateralization index have permitted to show how the chick of the experimental group had a significant preference for the left eye closure and therefore a preference for right unihemispheric sleep already after the first day of training, whilsz no lateralization pattern has been found in sleep of the control group chicks (Fig.13). Monocular occlusion, spatial learning and Mo-Un sleep On the basis of the results of the previous study, another experiment was conducted to observe the relationship between unihemispheric sleep and spatial learning. The same experimental learning paradigm was used. 12 female dark incubated chicks at their eighth day of life were bred with the imprinting object. The adopted experimental procedure was the same as the previous experiment but the procedure relative to the spatial learning training with only one eye was used. The group Dep-Dx (N=6) was submitted to selective occlusion of right eye (see MD experiment) while learning of the spatial task, the other groups Dep-Sx (N=6) was submitted to selective occlusion of the left eye during learning. The experimental hypothesis considered the possibility that after selective occlusion of one eye only the contralateral to the open eye hemisphere would have carried out the learning task and therefore it would have been possible to observe a different sleep Mo-Un pattern in the two groups. The results relative to the learning (Fig. 14) show that only the Dep-Dx chicks (the chicks that were using the right hemisphere during training) had learned the task. The results have confirmed the findings in the literature that reported the right hemisphere as mainly involved in spatial learning tasks. The results of the lateralization index have highlighted a significant preference for the left eye closure (right hemisphere sleep) in the Dep-Dx group and a preference for the right eye closure (left hemisphere sleep) in the Dep-Sx group (Fig.15). Those data seem to associate the work carried out by the two hemispheres at the sleep in the corresponding hemisphere also in the absence of learning. However,with the analysis on the time spent in Mo-Un sleep in seconds it has resulted that the chick of the Dep-Dx group showed a significant higher amount of left Mo-Un sleep (sleep in the right hemisphere) compared to the Dep-Sx chick (Fig.16). The results of this experiment have therefore highlighted in first instance how the preference for right or lateralized Mo-Un sleep is associated to the use or dependent of the two hemispheres, irrespective of learning task. From the observation of the results on left Mo-Un sleep it was possible to note how there also was a significant increase in lateralized Mo-Un sleep in the chicks of Dep-Dx group that had used the dominant hemisphere for the spatial learning task (right hemisphere), compared to the Dep-Sx chicks group. As a whole the results seem to give credit to the hypothesis of involvement of sleep in the learning processes and more in detail in the processes of spatial learning. Sleep seems to be modulated by the hemispheric involvement in the absence of learning processes and also by the learning process that increase the amount of Mo-Un sleep in the hemisphere that is dominant for the task. Another experiment with the same methodology and the same experimental design has been planned. In this case the animals will be submitted to the experimental paradigm without learning. The aim is to observe the solely influence of environment on Mo-Un sleep associated to the two cerebral hemispheres. The results of this project will permit us to better clarify the Mo-Un sleep pattern after a spatial learning task with selective eye closure. Conclusions As a conclusion, the experiments described above add evidence for a tight connection between unihemispheric sleep and lateralization of the cerebral functions in the chick. Those results also permit to support the hypothesis that unihemispheric sleep is an aspect of local sleep. These data also highlight the presence of a unihemispheric sleep pattern in chick that is predetermined and parallel to the development of cognitive functions in this species. Moreover, the unihemispheric sleep can be modulated by light stimulation in ovo, by monocular deprivation and by the learning task to which the animal is subjected. It is also possible to advance the hypothesis taht unihemispheric sleep as an aspect of local sleep follows a hierarchical trend dictated by the priorities to which the animal is submitted. From the experiment in which MD was analyzed it clearly appears how the unihemispheric sleep pattern is influenced in different ways in the various groups depending on the environmental stimulation (light or dark incubation, light or dark breeding), but also in a depending from the developmental stage in which the animals are (presnce or absence of imprinting object consolidation). Likewise, a similar effect of sleep deprivation is observable on the unihemispheric sleep pattern in the different days of animal development. This effect seems to indicate a preference for the sleep recovery in the two hemispheres that substitutes the need of SWS in one or the other hemisphere normally observed during the stages of the cognitive development in chicks (lateralized monocular sleep at the fifth day and right Mo-Un sleep at the eighth and 11th day of life). Also the experiments relative to spatial learning seem to underline the local features of unihemispheric sleep and also appear to confirm the hypothesis of a hierarchical organization associated to role use/dependent of unihemispheric sleep that at the same time is modulated from the spatial learning task to which the animals are submetted.

RIASSUNTO DELLA TESI (Scuola di Dottorato in Scienze Psicologiche, Indirizzo Psicobiologia, XXII ciclo) TITOLO: Il sonno uniemisferico nel modello animale del pulcino domestico (Gallus gallus) come aspetto del sonno locale. Dottorando: Cristian Nelini Una delle principali caratteristiche del pulcino domestico (Gallus gallus) è la presenza di una marcata lateralizzazione delle funzioni cerebrali. Sono stati condotti numerosi esperimenti volti ad indagare la specializzazione emisferica nel pulcino. Complessivamente si considera l’emisfero destro principalmente coinvolto in comportamenti di attacco, copulazione, risposta alle novità e abilità spaziali, mentre l’emisfero sinistro risulta essere principalmente dominante per quanto riguarda la categorizzazione degli stimoli, e l’apprendimento in compiti di discriminazione visiva (Vallortigara, 1994). A livello anatomico la lateralizzazione delle funzioni cerebrali è favorita in questo animale dalla quasi completa decussazione delle vie visive a livello del chiasma ottico, dalla posizione laterale degli occhi e dalla presenza di movimenti oculari indipendenti (Rogers e Andrew, 2002; Vallortigara, 1994). Un'altra peculiare caratteristica del pulcino è la presenza, oltre al normale sonno biemisferico, di un particolare stato comportamentale ed elettrofisiologico definito sonno uniemisferico. Durante il sonno uniemisferico un emisfero cerebrale mostra il tracciato elettroencefalografico (EEG) tipico del sonno a onde lente (Slow Wave Sleep - SWS) mentre l’altro emisfero presenta il quadro EEG della veglia (Ball e coll., 1985; Rattenborg e coll., 2000a; 2000b). A livello comportamentale la chiusura di un occhio durante gli episodi di sonno uniemisferico si associata all’asimmetria interemisferica del tracciato EEG, ciò significa che l’occhio controlaterale all’emisfero che sta dormendo resta chiuso, mentre l’occhio controlaterale all’emisfero sveglio è aperto (Ball e coll., 1985). Questo fenomeno è principalmente diffuso negli uccelli ed è stato osservato anche in diverse specie di mammiferi marini e in alcune specie di rettili (Rattenborg e coll., 2000a). Basandosi sulle considerazioni descritte precedentemente, la chiusura degli occhi viene utilizzata come misura indiretta dello stato di veglia o di sonno dei due emisferi (Rattenborg e coll., 2000). Una prima spiegazione del fenomeno del sonno monoculare/uniemisferico (Mo-Un) sembra associare quest’ultimo: nei mammiferi marini, alla respirazione volontaria; mentre negli uccelli a funzioni di vigilanza antipredatoria (Rattenborg e coll., 2000b). Lesley Rogers nel 1995 ha descritto come durante la prima settimana di vita dei pulcini si osservi una chiara preferenza per il sonno Mo-Un destro (sonno nell’emisfero sinistro) mentre durante la seconda settimana una preferenza per il sono Mo-Un sinistro. Questo quadro di lateralizzazione del sonno sembra essere associato comportalmentale e cognitivamente ad un maggior coinvolgimento dell’emisfero sinistro durante la prima settimana nell’esaminare le caratteristiche ambientali a livello generale e nel processo di consolidamento dell’oggetto d’imprinting; mentre ad un maggior coinvolgimento dell’emisfero destro nell’analisi dei dettagli dello stimolo e delle caratteristiche topografico/spaziali dell’ambiente durante la seconda settimana (Rogers, 1995; 2002). Inoltre, diversi studi condotti nei nostri laboratori, hanno descritto come il Mo-Un possa essere modulato dalla stimolazione luminosa in ovo (Bobbo e coll., 2002), dalle condizioni di allevamento (Mascetti e coll., 1999, Bobbo e coll., 2006a) e dalle attività svolte dall’animale durante la veglia: ricerca e apprendimento di discriminazione visiva (Mascetti e coll., 2007), consolidamento della traccia mestica relativa all’oggetto d’imprinting (Bobbo e coll., 2006b), apprendimento di evitamento passivo (Bobbo e coll., 2007). I risultati ottenuti hanno permesso di descrivere una relazione diretta tra sonno uniemisferico e lateralizzazione delle funzioni cerebrali nel pulcino. Recentemente, Tononi e Cirelli (2006) basandosi sull’ormai consolidata teoria proposta da Borbely nel 1982 relativamente ai due processi regolatori del sonno - il processo circadiano e il processo omeostatico - hanno avanzato un’ipotesi volta a delucidare i possibili meccanismi sinaptici alla base di tali processi. Secondo gli autori una delle principali funzioni del sonno sarebbe quella di operare un downscaling dei pesi sinaptici nella corteccia cerebrale. I numerosi risultati proposti da Tononi e Cirelli (2003; 2006) mostrano come i processi di apprendimento, di potenziamento a lungo termine (LTP) e di plasticità neuronale portino ad un aumento delle forza delle connessioni sinaptiche intracorticali in particolari network neuronali durante la veglia. Questo aumento delle forze di connessione sinaptica, raggiungerebbe un massimo verso sera e sarebbe alla base di una ri-organizzazione sinaptica durante il SWS. Tale riorganizzazione consisterebbe appunto in un attivo downscaling sinaptico volto ad ottimizzare nuovamente il funzionamento cerebrale per il successivo periodo di veglia. I meccanismi di downscaling quindi, sarebbero strettamente connessi al SWS e più precisamente a quella che viene definita Slow Wave Activity (SWA) nella banda di potenza tra 0.75 Hz e 4 Hz. Huber e collaboratori (2004) grazie a registrazioni EEG ad alta densità (hd-EEG) hanno potuto osservare come il SWS e la SWA non si distribuiscano uniformemente sullo scalpo durante il sonno, ma si rilevino in corrispondenza di quelle regioni che sono state maggiormente attivate durante la veglia. Queste nuove osservazioni e le successive evidenze scientifiche (Buchmann e coll., 2009; Ringli e coll., 2009) sulla distribuzione topografica cerebrale del SWS, hanno permesso di avanzare l’ipotesi che il SWS possa essere un fenomeno locale del funzionamento cerebrale, direttamente collegato al downscaling sinaptico a sua volta connesso alle attività svolte dal soggetto durante la veglia. Evidenze di sonno locale sono state anche riportate in studi condotti su bambini e adolescenti e sembrano essere legate a processi di maturazione cerebrale e cognitiva (Huber, 2008; Kurth e coll., 2009; Ringli e coll., 2008). Anche nei ratti è stato possibile osservare un aumento della SWA nelle regioni cerebrali principalmente stimolate durante la veglia sia quando la stimolazione consisteva in compiti di apprendimento che a seguito di stimolazione passiva prodotta dal taglio delle vibrisse (Vyazovskiy e coll., 2000; Vyazovskiy e Tobler, 2008). Alla luce di quanto fin’ora illustrato l’ipotesi avanzata in questo lavoro è che il sonno Mo-Un (SWS) possa essere una forma di sonno locale presente in un organismo con un assetto cognitivo molto semplice e filogeneticamente lontano dall’uomo. Allo scopo di validare questa ipotesi, sono stati utilizzanti alcuni dei più solidi paradigmi scientifici per lo studio del sonno e della lateralizzazione cerebrale. Effetti della deprivazione di sonno sul quadro di sonno Mo-Un I primi due esperimenti di seguito descritti, hanno utilizzato il paradigma sperimentale della deprivazione di sonno, che è una procedura ampiamente utilizzata per studiare le funzioni del sonno stesso. In un primo lavoro (Bobbo e coll., 2008) sono stati indagati gli effetti della deprivazione di sonno su pulcini di sesso femminile all’undicesimo giorno di vita. Durante la seconda settimana di vita è noto che i pulcini mostrano normalmente una netta preferenza per il sonno Mo-Un sinistro (emisfero destro) (Bobbo e coll., 2002). La deprivazione di sonno aveva la durava di 8 ore e consisteva nel costringere gli animali a camminare su un tapis roulant mosso da un motore elettrico ad una velocità di 0.06 m/s. Il disegno sperimentale prevedeva tre gruppi: un primo gruppo di controllo (N=8, N-DEP1) restava nelle gabbie di stabulazione/osservazione del sonno (dove gli animali venivano stabulati dopo la schiusa e che fungevano anche da gabbie di osservazione), un secondo gruppo di controllo (N=8, N-DEP2) veniva inserito per 8 ore nel tapis roulant spento e infine un terzo gruppo sperimentale (N=8, DEP-8H) veniva sottoposto a 8 ore di deprivazione di sonno all’interno del tapis roulant acceso. Subito dopo il periodo di deprivazione di sonno, veniva osservato per 6 ore consecutive il sonno a livello comportamentale, registrando il numero e la durata degli episodi di sonno binoculare/biemisferico e Mo-Un e distinguendo tra sonno Mo-Un destro (sonno emisfero sinistro) e sonno Mo-Un sinistro (sonno emisfero destro). Dall’analisi dei dati è emerso come i pulcini deprivati di sonno, durante la successiva fase di recupero, dormivano significativamente di più rispetto ai pulcini non deprivati (Fig. 1) e come gli episodi di sonno dei pulcini deprivati avessero una durata media significativamente più lunga rispetto ai controlli (Fig.2) (non sono stati inseriti nelle analisi i pulcini del gruppo N-DEP2 in quanto non mostravano differenze significative rispetto ai pulcini del gruppo N-DEP-1). I risultati sul sonno binoculare possono essere interpretati come un probabile effetto di rebound dovuto alla necessità di ottenere un miglior recupero di sonno dopo la deprivazione. Per quanto riguarda il sonno monoculare (Fig.3) l’effetto principale osservato riguardava una preferenza significativa per la chiusura dell’occhio-sinistro (sonno emisfero destro) durante gli episodi di sonno Mo-Un nei pulcini di controllo N-DEP1 (in linea con i dati in letteratura). Come sottolineato precedentemente i pulcini all’undicesimo giorno di vita mostrano una preferenza significativa per il sonno Mo-Un sinistro (Bobbo e coll., 2002), preferenza che è stata osservata anche nei controlli N-DEP1, ma che svaniva nei pulcini sottoposti a deprivazione. Non è stata osservta nel gruppo DEP-8H alcuna preferenza significativa per il sonno Mo-Un destro o sinistro. Questo risultato, assieme ai dati ottenuti sul sonno binoculare, potrebbe essere interpretato come una necessità da parte di entrambi gli emisferi di recuperare il sonno perso durante la deprivazione a prescindere dalla iniziale lateralizzazione del sonno osservata nei controlli, che è noto essere associata allo sviluppo cognitivo di questo animale. In un secondo esperimento di deprivazione di sonno (Bobbo e coll., 2009) sono stati indagati gli effetti della deprivazione di sonno di diversa durata (4 e 8 ore), a differenti giorni di sviluppo dell’animale. Sono stati utilizzati 48 pulcini di sesso femminile al quinto (N=24) e all’ottavo (N=24) giorno di vita. Per ciascun giorno, sono stati costituiti tre gruppi: un gruppo di controllo che restava nelle gabbie di stabulazione/osservazione del sonno (N=8, N-SD), un altro gruppo che subiva 4 ore di deprivazione di sonno all’interno del tapis roulant (N=8, SD-4H) e un ultimo gruppo che subiva 8 ore di deprivazione (N=8, SD-8H). Anche in questo caso veniva registrato il sonno a livello comportamentale. Dall’analisi dei dati è emerso che anche i pulcini al quinto e all’ottavo giorno deprivati di sonno sia per 4 che per 8 ore, durante la successiva fase di recupero dormivano di più rispetto ai controlli e mostravano eventi di durata media superiore (Fig.4 e Fig.5). Per quanto riguarda il tempo trascorso dormendo in sonno monoculare sono state condotte analisi statistiche sui tempi in secondi (Mo-Un totale, Mo-Un sinistro e Mo-Un destro) e sui tempi monoculari in percentuale trasformati utilizzando un indice di lateralità {[(Mo-Un sinistro - Mo-Un destro)/(Mo-Un sinistro + Mo-Un destro)]*100}. Relativamente al tempo trascorso in sonno Mo-Un in secondi non state osservate modificazioni della quantità di sonno Mo-Un totale (Mo-Un sinistro eMo-Un destro) dopo 4 ore di deprivazione al quinto giorno, mentre, sempre al quinto giorno, è stata osservata una diminuzione di sonno Mo-Un totale dopo 8 ore di deprivazione. I pulcini all’ottavo giorno mostravano invece un effetto inverso; è stata infatti osservata una maggior quantità di sonno Mo-Un nei pulcini sottoposti a 4 ore di deprivazione rispetto ai pulcini sottoposti a 8 ore di deprivazione. Questo risultato potrebbe essere dovuto ad un effetto del nuovo ambiente nel quale il pulcino è stato inserito (tapis roulant); è noto infatti che a partire dall’inizio della seconda settimana di vita il pulcino si dedica all’osservazione e categorizzazione degli stimoli ambientali ed è più reattivo alle nuove stimolazioni che gli vengono presentate (Vallortigara, 1992; Freire e Rogers, 2007). L’analisi effettuata sul tempo trascorso dormendo calcolato in indice di lateralità ha fornito un chiaro quadro della lateralizzazione del sonno dopo la deprivazione (Fig. 6). I pulcini di controllo al quinto giorno N-SD mostravano una preferenza significativa per la chiusura dell’occhio destro (sonno emisfero sinistro) mentre i pulcini N-SD all’ottavo giorno mostravano una preferenza per il sonno Mo-Un sinistro. Questi risultati sono concordi con la letteratura di riferimento. Per quanto riguarda gli animali dei gruppi sottoposti a deprivazione di sonno, ne al quinto ne all’ottavo giorno per i pulcini dei gruppi SD-4H e SD-8H è stata osservata una preferenza significativa per il sonno Mo-Un destro o sinistro. In conclusione, i risultati ottenuti in questo esperimento hanno mostrano lo stesso quadro di lateralizzazione del sonno osservato nel precedente esperimento di deprivazione: una maggior quantità di sonno binoculare e nessuna preferenza per il SWS in un emisfero piuttosto che nell’altro a seguito di deprivazione. Questi risultati potrebbero indicare, anche in questo caso la necessità di un recupero del sonno perso per entrambi gli emisferi a prescindere dalle tappe di sviluppo cognitivo (associate ad un preciso quadro di lateralizzazione del sonno). Effetti della deprivazione monoculare sul quadro di sonno Mo-Un In un successivo esperimento sono stati indagati gli effetti della deprivazione monoculare sul quadro di sonno del pulcino (Bobbo e coll., In preparazione). La procedura sperimentale della deprivazione monoculare (DM) è solitamente utilizzata per indagare la plasticità del sistema visivo durante il periodo critico dello sviluppo delle vie visive e consiste nella chiusura selettiva di un occhio. Dalla letteratura è noto come il periodo critico per quanto riguarda le vie visive del pulcino, duri fino al terzo giorno dopo la schiusa (Deng e Rogers, 1998). Nel pulcino, a seguito di DM condotta durante il periodo critico, si rovescia la lateralizzazione della risposta in compiti di attacco e copulazione (Rogers, 1990). Gli effetti della DM sul sonno sono stati indagati in pulcini di sesso femminile. Lo studio è stato condotto su 72 pulcini di sesso femminile testati al secondo giorno di vita le cui uova erano state incubate al buio (n=48) o alla luce (n= 24) nei nostri laboratori, al fine di controllare le condizioni di incubazione. E’ stato osservato infatti che la stimolazione luminosa in ovo durante gli ultimi giorni di incubazione influenza la lateralizzazione delle vie visive e modula la direzione del sonno Mo-Un (Bobbo e coll., 2002). Sulla base della considerazione che, anche durante il primo giorno di vita, la stimolazione luminosa può influenzare la lateralizzazione delle vie visive, un gruppo di pulcini è stato allevato alla luce, mentre un altro gruppo è stato allevato al buio. Subito dopo la schiusa, sono stati allevati alla luce i pulcini provenienti da uova incubate alla luce (luce-luce) e metà dei pulcini provenienti da uova incubate al buio (buio-luce), mentre i restanti pulcini le cui uova erano state incubate al buio, sono stati allevati al buio (buio-buio). La procedura di DM aveva una durata di 12 ore, dalla mezzanotte del primo giorno di vita fino a mezzogiorno del secondo giorno di vita, e consisteva nell’occlusione selettiva di un occhio mediante un cappuccio di stoffa nero fissato con una pellicola adesiva. Per ognuna delle condizioni di incubazione e di allevamento descritte, ad un gruppo di pulcini è stato deprivato l’occhio destro (DX), ad un altro gruppo l’occhio sinistro (SX) e un terzo gruppo non veniva sottoposto ad alcuna procedura di DM (CONTROLLO). Successivamente alla DM è stato osservato il sonno a livello comportamentale per 6 ore consecutive. Inoltre, durante la DM e nelle successive sei ore di osservazione del sonno, abbiamo deciso di indagare l’attività motoria dell’animale, utilizzando una apposita apparecchiatura, la activity cage. I risultati ottenuti hanno evidenziato come la DM non ha avuto alcun effetto sul tempo trascorso in sonno binoculare, mentre il sonno Mo-Un è stato profondamente influenzato (Fig.7). Come dimostrato da studi condotti precedentemente (Bobbo e coll. 2002), la stimolazione asimmetrica in ovo influenza il quadro di lateralizzazione del sonno. I pulcini del gruppo di controllo, le cui uova erano state incubate al buio, mostrano una chiara preferenza per la chiusura dell’occhio destro (sonno emisfero sinistro), mentre i pulcini le cui uova erano state incubate alla luce mostrano una preferenza per la chiusura dell’occhio sinistro (sonno emisfero destro)(Fig.8). I pulcini SX, a cui è stato deprivato l’occhio sinistro, mostrano, a prescindere dalle condizioni di incubazione e di allevamento, una marcata preferenza per la chiusura dell’occhio destro (sonno emisfero sinistro) durante gli episodi di sonno Mo-Un. I pulcini DX, a cui è stato deprivato l’occhio destro, sembrano essere influenzati in modo differente dalla DM in base alle diverse condizioni di incubazione e allevamento: solo i pulcini buio-buio (cioè pulcini le cui uova sono state incubate al buio e che anche al primo giorno di vita sono stati allevati al buio) mostrano una chiara preferenza per la chiusura dell’occhio sinistro durante il sonno monoculare, mentre gli altri due gruppi non mostrano alcuna preferenza. E’ plausibile supporre che l’emisfero controlaterale all’occhio deprivato dorma durante la DM e, quindi, al termine della DM l’altro emisfero (quello ipsilaterale all’occhio deprivato) necessiti di un maggior recupero di sonno a causa di un aumento dell’attività compiuta da tale emisfero durante la veglia. Ulteriori studi che stiamo pianificando e che prevedono la registrazione del tracciato EEG, potranno aiutarci a capire cosa accade all’emisfero “deprivato”. Un’altra ipotesi che può essere avanzata è che, malgrado la stimolazione luminosa in ovo moduli la direzione della lateralizzazione del sonno, così come abbiamo dimostrato nei pulcini del gruppo di controllo, la DM possa avere un effetto più forte rispetto a ciò che accade durante l’incubazione. Un ulteriore aspetto emerso è che l’emisfero sinistro dei pulcini che hanno ricevuto luce o durante l’incubazione o durante il primo giorno di vita, possa essere meno sensibile alla DM in quanto le vie e le aree visive sono già state maggiormente “lateralizzate” verso sinistra. Nell’interpretare i dati deve essere tenuto in considerazione il ruolo che l’occhio destro riveste nell’analisi e nel processo d’imprinting che è considerato una forma di memoria di riconoscimento precoce che si sviluppa nelle specie nidifughe in seguito all’esposizione ad uno stimolo saliente in assenza di rinforzo. Il periodo critico per il processo d’imprinting si chiude nei primi giorni di vita, è quindi plausibile ritenere che la DM possa aver interferito con il processo d’imprinting stesso. Sappiamo che pulcini allevati in isolamento sociale e quindi non imprintati mostrano comportamenti solitamente indotti da situazioni stressanti (frequenti distress call e movimenti non finalizzati). A questo proposito l’attività motoria del pulcino rappresenta un indice indiretto del possibile effetto della DM sul consolidamento dell’oggetto d’imprinting. Le analisi condotte hanno mostrato come i pulcini a cui è stato deprivato l’occhio destro mostrino un generale significativo incremento dell’attività motoria rispetto ai pulcini del gruppo di controllo, e i pulcini buio-buio presentino un’attività motoria significativamente più alta rispetto agli altri due gruppi (Fig.9). Questo effetto potrebbe essere interpretato alla luce del fatto che la condizione buio-buio estende il periodo critico per il processo d’imprinting al secondo giorno di vita e di conseguenza i pulcini di questo gruppo, non avendo ancora elaborato il processo d’imprinting, mostrerebbero più attività motoria associata ad una situazione di distress. Anche i risultati di questo esperimento sembrano a favore dell’ipotesi che vede il sonno Mo-Un come un aspetto dinamico del sonno, che può essere modulato dalla stimolazione in ovo, dalla modificazione delle condizioni ambientali di allevamento e a seguito della DM alla quale l’animale è stato sottoposto. Apprendimento spaziale e sonno Mo-Un Numerose evidenze scientifiche, sia sull’uomo che sull’animale, sottolineano il possibile ruolo del sonno nei processi di consolidamento della traccia mestica, nello specifico il ruolo del sonno ad onde lente (SWS) nella banda di potenza tra 0,75 – 4,5 Hz (SWA) (Stickgold, 2005). E’ noto da diversi studi che, nel pulcini, l’emisfero destro è principalmente dominante nel controllo del comportamento e dell’apprendimento spaziale. Di conseguenza l’obbiettivo di questo esperimento è stato quello di indagare il quadro di sonno Mo-Un a seguito dell’apprendimento di un compito di tipo spaziale durante il quale gli animali potevano affidarsi solamente ad indizi di tipo geometrico/topografico (Nelini e coll., In preparazione). Il paradigma sperimentale utilizzato per la fase d’apprendimento è stato il paradigma dei moduli geometrici e nello specifico il paradigma dell’arena rettangolare, che permette di valutare le abilità di ri-orientamento di un animale basate esclusivamente su indizi geometrico/topografici (Vallortigara e coll., 1990; 2004). In un primo esperimento sono stati utilizzati 12 pulcini di sesso femminile all’ottavo giorno di vita incubati al buio ed allevati con oggetto d’imprinting. Gli animali dopo la schiusa, sono stati divisi in due gruppi, un gruppo sperimentale (N=6, Gruppo Sperimentale) è stato sottoposto ad un addestramento all’interno dell’arena durante il quale, basandosi solamente su indizi spaziali, gli animali dovevano imparare a discriminare l’angolo corretto nel quale si trovava il cibo (addestramento con apprendimento spaziale). All’undicesimo giorno, gli animali sono stati sottoposti al test per verificarne l’apprendimento (criterio di apprendimento fissato all’80% di scelte corrette). Un gruppo di pulcini di controllo (N=6, Gruppo Controllo) è stato invece sottoposto alla medesima procedura sperimentale, ma all’interno dell’arena poteva trovare il cibo in qualsiasi dei quattro angoli e quindi non era sottoposto ad un processo di apprendimento (addestramento senza apprendimento spaziale). Subito dopo l’addestramento e il test è stato osservato a livello comportamentale il sonno per 3 ore consecutive. Per quanto riguarda l’apprendimento, i risultati ottenuti, mostrano come solo i pulcini del Gruppo Sperimentale avevano appreso il compito (Fig. 10) mentre i pulcini del Gruppo di Controllo sceglievano l’angolo dove cercare il cibo in modo casuale. Per quanto riguarda i dati relativi al sonno, si osserva come il Gruppo Sperimentale mostrava un aumento significativo di sonno binoculare complessivo rispetto al Gruppo Controllo e anche un aumento complessivo significativo di sonno Mo-Un sinistro (chiusura dell’occhio sinistro – sonno nell’emisfero destro) (Fig.11 e Fig. 12). I risultati relativi all’indice di lateralità hanno permesso di osservare come i pulcini del Gruppo Sperimentale mostravano una preferenza significativa per la chiusura dell’occhio sinistro e quindi una preferenza per il sonno uniemisferico destro già a partire dal primo giorno di addestramento, mentre non è stato osservato un chiaro quadro di lateralizzazione del sonno nei pulcini del Gruppo Controllo (Fig. 13). Occlusione monoculare, apprendimento spaziale e sonno Mo-Un Alla luce dei risultati ottenuti nel precedente studio, è stato condotto un ulteriore esperimento per osservare la relazione tra sonno uniemisferico e apprendimento spaziale. Anche in questo esperimento è stato utilizzato il medesimo paradigma sperimentale di apprendimento. Sono stati impiegati 12 pulcini di sesso femminile all’ottavo giorno di vita incubati al buio e allevati con oggetto d’imprinting. La procedura sperimentale adottata era la stessa dell’esperimento prima descritto ma veniva utilizzata sola la procedura relativa all’addestramento con apprendimento spaziale in condizioni di visione monoculare. Sono stati formati due gruppi di animali: il gruppo Dep-Dx (N=6) subiva l’occlusione selettiva dell’occhio destro (cfr. esperimento DM) durante il compito di apprendimento spaziale, il gruppo Dep-Sx (N=6) subiva l’occlusione selettiva dell’occhio sinistro durante l’apprendimento. L’ipotesi sperimentale considerava la possibilità che a seguito dell’occlusione selettiva di un occhio il solo emisfero controlaterale all’occhio aperto avrebbe svolto il compito di apprendimento e quindi si sarebbe potuto osservare un diverso quadro di sonno Mo-Un nei due gruppi. I risultati relativi all’apprendimento (Fig.14) mostrano come solo i pulcini del gruppo Dep-Dx, che utilizzano l’emisfero destro durante l’addestramento, avevano appreso il compito. I risultati hanno confermato le evidenze presenti in letteratura che vogliono l’emisfero destro principalmente coinvolto in compiti di apprendimento spaziale. I risultati relativi al sonno in indice di lateralità hanno evidenziato una preferenza significativa per la chiusura dell’occhio sinistro (sonno emisfero destro) nel gruppo Dep-Dx e una preferenza per la chiusura dell’occhio destro (sonno emisfero sinistro) nel gruppo Dep-Sx (Fig. 15). Questi dati sembrano associare il lavoro compiuto dai due emisferi al sonno nell’emisfero corrispondente anche in assenza di apprendimento. Dalle analisi condotte sul tempo trascorso in sonno Mo-Un calcolato in secondi è emerso però che i pulcini del gruppo Dep-Dx mostravano una quantità significativamente maggiore di sonno Mo-Un sinistro (sonno nell’emisfero destro) rispetto ai pulcini del gruppo Dep-Sx (Fig 16). I risultati di questo esperimento hanno quindi evidenziato in prima istanza come la preferenza per il sonno Mo-Un destro o sinistro si associ ad un processo uso/dipendente dei due emisferi a prescindere dal compito di apprendimento. Dalle analisi dei risultati sul sonno Mo-Un sinistro è stato possibile inoltre osservare un aumento significativo di sonno Mo-Un sinistro (emisfero destro) nei pulcini del gruppo Dep-Dx, che avevano utilizzato l’emisfero dominante per i compiti di apprendimento spaziale (emisfero destro), rispetto ai pulcini del gruppo Dep-Sx. Nel complesso i risultati sembrano nuovamente dare credito all’ipotesi di un coinvolgimento del sonno nei processi di apprendimento e nello specifico dei processi di apprendimento spaziale. Il sonno sembra poter essere modulato sia dal semplice coinvolgimento emisferico in assenza di processi di apprendimento, ma anche dai processi di apprendimento stesso che aumentano la quantità relativa di sonno Mo-Un nell’emisfero che è dominante per il compito. E’ stato pianificato e iniziato un ulteriore esperimento con la stessa metodologia e lo stesso disegno sperimentale del lavoro appena descritto, ma durante il quale gli animale venivano sottoposti al paradigma sperimentale senza apprendimento, allo scopo di osservare la sola influenza dell’ambiente e del compito in assenza di apprendimento sul sonno Mo-Un associato ai due emisferi cerebrali. I risultati di questo nuovo lavoro permetteranno di chiarire ancora meglio come si strutturi il quadro del sonno Mo-Un a seguito del compito di apprendimento spaziale svolto dagli animali con l’occlusione selettiva di un occhio. Conclusioni In conclusione gli esperimenti sopra descritti, portano ulteriori evidenze relative ad una stretta connessione tra il sonno uniemisferico e la lateralizzazione delle funzioni cerebrali nel pulcino, e permettono inoltre di sostenere l’ipotesi che il sonno uniemisferico sia un aspetto del sonno locale. I risultati riportati evidenziano come nel pulcino sia presente un quadro di sonno uniemisferico predeterminato e parallelo allo sviluppo delle funzioni cognitive in questa specie, ma anche, come lo stesso sonno uniemisferico possa essere modulato dalla stimolazione luminosa in ovo, dalla deprivazione monoculare e da compiti di apprendimento ai quali l’animale è sottoposto. E’ possibile inoltre avanzare l’ipotesi che il sonno uniemisferico come aspetto del sonno locale segua un andamento gerarchico dettato dalle priorità alle quali l’animale è sottoposto. Nell’esperimento in cui è stata utilizzata la DM emerge infatti chiaramente come il quadro di sonno uniemisferico sia influenzato in modo differente nei vari gruppi a seconda delle stimolazioni ambientali (incubazione luce o buio e allevamento luce o buio) ma anche dipendentemente dalla stato di sviluppo cognitivo al quale gli animali si trovano (avvenuto consolidamento o non consolidamento dell’oggetto d’imprinting). Allo stesso modo si può osservare un effetto simile della deprivazione di sonno sul quadro di sonno uniemisferico nei diversi giorni di sviluppo dell’animale. Questo effetto sembra indicare una preferenza per il recupero di sonno nei due emisferi che si sostituisce alla necessità di SWS in uno o nell’altro emisfero osservata normalmente durante le tappe di sviluppo cognitivo del pulcino (sonno monoculare sinistro al quinto giorno e sonno monoculare destro all’ottavo e all’undicesimo giorno di vita). Anche gli esperimenti relativi all’apprendimento spaziale sembrano sottolineare le caratteristiche locali del sonno uniemisferico e sembrano inoltre confermare l’ipotesi di un’organizzazione gerarchica associata ad un ruolo uso/dipendente del sonno uniemisferico che contemporaneamente viene però chiaramente modulata dal compito di apprendimento spaziale al quale gli animali sono stati sottoposti.