Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, co dzieje się w twoim mózgu, gdy nie śpisz przez dzień, noc i kolejny dzień, zanim w końcu zasniesz? Cóż, właśnie się dowiedzieliśmy.

To zostało znany od wielu lat że to, jak bardzo jesteśmy śpiący, jak dobrze potrafimy sumować liczby, zwracać uwagę czy wykonywać zadania związane z pamięcią roboczą, zależy od tego, jak długo nie spaliśmy i od pory dnia. Zazwyczaj, jeśli nie śpimy przez okres dwóch dni (dzień, noc i następny dzień), pierwsze 16 godzin to czuwanie – wydajność jest dobra i niewiele się zmienia.

Ale potem, gdy wchodzimy w „biologiczną noc”, na co wskazuje wzrost poziomu hormonu melatoniny, wydajność gwałtownie spada i osiąga minimum około 6-8 rano następnego dnia. Drugiego dnia wydajność może być nieco lepsza (ale nadal znacznie niższa niż pierwszego dnia) i powraca do normalnego, podstawowego poziomu dopiero po dobrze przespanej nocy.

Kluczową cechą tej osi czasu wydajności jest to, że nie pogarsza się ona liniowo w zależności od tego, jak długo nie spałeś, ale jest modulowana przez porę dnia. W rzeczywistości wiemy teraz, że tak naprawdę to nie „pora dnia”, ale „wewnętrzna biologiczna pora dnia” powoduje skutki utraty snu. Zatem na poziomie behawioralnym funkcjonowanie mózgu zależy od połączonych efektów rytmiki okołodobowej i homeostazy snu – ciśnienia snu, które narasta podczas czuwania i rozprasza się podczas snu.

Rytm dobowy

Rytm dobowy można zaobserwować w wielu aspektach zachowania i fizjologii i jest generowany przez zegary okołodobowe w prawie każdej komórce mózgu i ciała. Lokalnie te rytmy Są generowane przez pętlę sprzężenia zwrotnego białek zegarowych na geny zegarowe, które wyrażają informację genetyczną, która jest następnie tłumaczona na białka

Wszystkie te zegary – w tym zegary mózgowe – są synchronizowane przez centralny przewodnik/przewodnik znajdujący się w obszarze mózgu zwanym jądrem nadskrzyżowaniowym w podwzgórzu. Ten obszar mózgu odpowiada również za rytm melatoniny we krwi i ślinie.

Jak więc działa to połączone działanie rytmiki okołodobowej i homeostazy snu? Cóż, w ciągu dnia biologicznego zegar okołodobowy generuje sygnał ostrzegawczy lub promujący czuwanie, który staje się silniejszy w miarę upływu dnia i osiąga maksymalną siłę wieczorem. Może się to wydawać nieco paradoksalne, ale sygnał ten musi stawać się silniejszy w miarę upływu dnia, ponieważ ciśnienie snu również wzrasta, im dłużej nie śpimy – więc coś musi utrzymywać nas w stanie czujności.

Ale gdy wkraczamy w biologiczną noc, sygnał dobowy promujący czuwanie zanika i zamienia się w sygnał promujący sen z maksymalną siłą około 6-8 rano. Ponownie, może się to wydawać nieco paradoksalne, ale w normalnych warunkach, kiedy śpimy w nocy, jest to przydatne, ponieważ sygnał promujący sen pozwala nam nadal dobrze spać nawet po sześciu lub siedmiu godzinach, kiedy ciśnienie snu ustąpi.

Problemy pojawiają się jednak, gdy nie śpimy w nocy i następnego dnia. W nocy ciśnienie snu pozostaje wysokie, a nawet wzrasta, ponieważ nie śpimy. Sygnał okołodobowy nie przeciwstawia się już tej presji i walczymy, aby nie zasnąć i wykonywać. Następnego dnia zegar okołodobowy, który wciąż tyka, niezależnie od tego, czy śpimy, czy nie, zaczyna ponownie promować sygnały przebudzenia, więc trochę łatwiej jest wykonać i nie zasnąć.

Jak to wygląda w mózgu?

To wszystko jest w porządku, dobre i ma sens. Rzeczywiście, ten model pracy jest powszechnie akceptowany na podstawie tego, co widzieliśmy, jeśli chodzi o zachowanie. Ale jak wygląda to połączone działanie rytmu dobowego i homeostazy snu w ludzkim mózgu

Nasz zespół naukowców z University of Liege i University of Surrey przeskanował mózgi 33 osób za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI), który daje szczegółowy obraz poziomów aktywności neuronów w całym mózgu. dwa dni i po okresie snu regeneracyjnego. Zmierzyliśmy również poziomy melatoniny, aby mieć dobry wskaźnik wewnętrznego czasu biologicznego, który różni się u poszczególnych osób. Nasze wyniki są opublikowane w Science.

Dla każdego uczestnika uzyskano 13 obrazów mózgu podczas wykonywania prostego zadania dotyczącego czasu reakcji. Zebrano dwanaście obrazów mózgu podczas deprywacji snu w okresach charakteryzujących się szybkimi zmianami obserwowanymi wcześniej w przypadku wydajności wieczorem i rano. Trzynaste zdjęcie zostało zrobione po śnie regeneracyjnym.

Aktywność w kilku obszarach mózgu, a w szczególności w obszarach podkorowych (takich jak wzgórze, główny ośrodek przekazywania informacji do kory mózgowej), była zgodna z 24-godzinnym rytmem (okołodobowym), którego czas, co zaskakujące, różnił się w różnych regionach mózgu. Inne obszary mózgu – w szczególności czołowe obszary mózgu, w tym obszary asocjacyjne wyższego rzędu – wykazały zmniejszenie aktywności wraz z czasem czuwania, po którym nastąpił powrót do poziomu deprywacji przed snem po śnie regeneracyjnym. Niektóre obszary mózgu wykazywały wzorzec, który był połączeniem rytmicznego wzorca i spadku związanego z czasem czuwania.

Co jeszcze bardziej zaskakujące, ten wpływ utraty snu na aktywność mózgu był znacznie bardziej rozpowszechniony, gdy uczestnicy wykonywali proste zadanie związane z czasem reakcji w porównaniu z bardziej złożonym zadaniem wymagającym pamięci.

Wszystko to oznacza, że ​​różne obszary mózgu wydają się być różnie dotknięte brakiem snu i rytmem okołodobowym, a ogólnie wyniki pokazują zarówno wszechobecność tych efektów, jak i podobieństwo i lokalny charakter tych wpływów.

Różnorodność reakcji mózgu pokazuje, jak złożone są mechanizmy, dzięki którym mózg reaguje na utratę snu. Pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób mózg może utrzymywać wydajność w ciągu dnia i nocy. Wyniki te mogą uspokoić pracowników zmianowych i osoby pracujące przez bardzo długi czas, które mają problemy ze skupieniem uwagi i skoncentrowaniem się na swojej pracy, szczególnie we wczesnych godzinach porannych. Tak, twój mózg będzie inny w nocy niż w ciągu dnia. Sugerują również, że jeśli pracujesz do późna, lepiej byłoby to zakończyć, przespać się i zacząć od nowa rano.

Może nawet pomóc nam lepiej zrozumieć, dlaczego wiele objawów chorób psychicznych i neurodegeneracyjnych narasta i słabnie oraz dlaczego wczesnym rankiem po nieprzespanej nocy mamy trudności z utrzymaniem uwagi, podczas gdy wieczorem nie stanowi to problemu.

O autorze

Derk-Jan Dijk, profesor snu i fizjologii oraz dyrektor Surrey Sleep Research Centre, Uniwersytet w Surrey

Pierre Maquet, dyrektor ds. badań, cyklotron, Université de Liège

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon