Introduzione

Il sonno è un fenomeno fondamentale per tutti i mammiferi e il suo studio nei bovini da latte sta emergendo come un’area di interesse nel campo della zootecnia, del benessere animale e dell’etologia. La misurazione del sonno può fornire informazioni uniche sulla capacità di adattamento e di risposta delle vacche all’ambiente, integrando misure più comuni come il tempo di decubito. Tuttavia, la stima del sonno nei bovini è complessa per via della ruminazione, della necessità di utilizzare metodi standardizzati e ambienti controllati.

Nei mammiferi, il sonno è definito come uno stato reversibile di calma con una soglia di risposta agli stimoli elevata e posture specifiche. Nei bovini, gli stati di vigilanza si distinguono in:

1. Veglia attiva, con onde cerebrali ad alta frequenza e intensa attività muscolare.
2. Stato intermedio (sonnolenza), con combinazione di onde cerebrali a bassa e alta frequenza e ridotta attività muscolare.
3. Sonno non REM (NREM), caratterizzato da onde cerebrali sincronizzate a bassa frequenza e bassa attività muscolare.
4. Sonno REM, con onde cerebrali desincronizzate, assenza di tono muscolare e movimenti oculari rapidi.

Metodi per la stima del sonno nei bovini da latte

Elettrofisiologia (EEG, EMG, EOG)

Negli anni ’70 il primo metodo per studiare il sonno nei bovini prevedeva l’uso di elettrodi intracranici per la registrazione dell’elettroencefalogramma (EEG) e dell’elettromiogramma (EMG), dimostrando la presenza di stati di sonno nei ruminanti. Tuttavia, questi dispositivi invasivi e probabilmente dolorosi richiedevano ambienti restrittivi, come le stalle a stabulazione fissa, per evitare che i dispositivi venissero rimossi, influenzando il comportamento naturale delle vacche e quindi anche la capacità dell’animale di dormire normalmente.

Successivamente, si è passati all’uso di elettrodi di superficie (polisonnografia), che permettono di distinguere gli stati di veglia, sonnolenza, sonno NREM e sonno REM. Questi elettrodi vengono applicati sulla pelle delle vacche dopo aver rasato la zona interessata e fissati con colla. Tuttavia, la ruminazione genera artefatti nei dati, rendendo difficile distinguere i diversi stati di vigilanza mentre la vacca mastica.

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Metodi comportamentali

Per evitare alcune delle sfide della valutazione del sonno mediante elettrodi, si è tentato di stimare il sonno analizzando la postura. Il comportamento più associato al sonno nei bovini è la posizione sdraiata con il collo rilassato e la testa appoggiata sul fianco. Tuttavia, studi comparativi con la polisonnografia hanno dimostrato che il comportamento non è un indicatore affidabile di sonno nei bovini adulti. Ad esempio, il comportamento “sdraiata con la testa sollevata e ferma” ha mostrato una sensibilità dell’81% ma una specificità del 6% per il sonno NREM, sovrastimando il sonno a causa della fase di sonnolenza. Il comportamento “sdraiata con la testa appoggiata” è stato un predittore moderato del sonno REM (sensibilità del 70% e specificità del 41%).

Nei vitelli, invece, la postura è risultata più predittiva del sonno, poiché non manifestano la fase intermedia di sonnolenza. Studi hanno dimostrato che il comportamento “testa sollevata e ferma” predice il 55% degli episodi di sonno NREM, mentre “testa rilassata” predice il 61% degli episodi di sonno REM.

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Accelerometri e sensori di frequenza cardiaca

Gli accelerometri applicati al collo delle vacche sono stati utilizzati per rilevare la posizione della testa e stimare il sonno. Tuttavia, questi dispositivi sono stati validati con il comportamento come standard di riferimento, piuttosto che con metodi fisiologici più accurati.

Un altro approccio promettente è l’uso di sensori di frequenza cardiaca (HR) e variabilità della frequenza cardiaca (HRV). Studi hanno dimostrato che la frequenza cardiaca diminuisce durante il sonno NREM ed è minima durante il sonno REM. Combinando i dati HR e HRV con quelli dell’EMG, un algoritmo di apprendimento automatico ha potuto prevedere gli stati di sonno con un’accuratezza dell’82,3%, con particolare precisione per la veglia (94%) e il sonno REM (92%).

Tuttavia, l’uso di HR e HRV non risolve il problema della ruminazione, poiché i dati devono essere esclusi quando la vacca mastica.

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Considerazioni finali e prospettive future

Per le vacche adulte, la polisonnografia con elettrodi di superficie è attualmente il metodo più accurato per stimare il sonno, ma ha limitazioni legate all’interferenza della ruminazione e alla necessità di un ambiente controllato. Per i vitelli, il comportamento è un buon indicatore del sonno totale, ma meno preciso nel distinguere le fasi NREM e REM. Tecnologie innovative, come l’uso combinato di HRV, EMG e algoritmi di intelligenza artificiale, potrebbero migliorare l’accuratezza delle misurazioni del sonno nei bovini, permettendo studi a lungo termine in ambienti meno restrittivi. Ulteriori ricerche sono necessarie per sviluppare strumenti automatizzati e non invasivi per stimare il sonno nei bovini, specialmente per risolvere le interferenze causate dalla ruminazione.

Fonte: “Methods used for estimating sleep in dairy cattle” Proudfoot, Kathryn L. et al. JDS Communications, Volume 5, Numero 5, 374 – 378, settembre 2024. https://doi.org/10.3168/jdsc.2023-0474