Пробудити се после интензивног сна са убрзаним срцем, знојем и осећајем као да смо целу ноћ нешто радили није необично искуство. Ипак, оно отвара занимљиво научно питање – ако је спавање време одмора, зашто се понекад осећамо исцрпљено управо после сна? Нова истраживања спроведеног над мишевима указују да би одговор могао да се крије у начину на који се током сањања распоређује енергија мозга.
Научници са Универзитета Тохоку у Јапану пратили су шта се дешава у мозгу мишева током РЕМ фазе сна, периода у којем се најчешће повезује са живописним сновима. Добили су неочекивану слику. Крвни судови тада шире свој пречник и у мозак стиже више крви, кисеоника и глукозе. Истовремено, међутим, ниво АТП-а, молекула који ћелије користе као непосредан извор енергије, опада.
Ту настаје прави парадокс у причи о сну. Мозак добија више ресурса, али изгледа да му расположива енергија истовремено опада, преноси портал Nautilus.
ПОВЕЗАНЕ ВЕСТИ
1. Зашто нас сан понекад оставља исцрпљенима
Током РЕМ фазе сна, док су мишићи тела потпуно опуштени, мозак може да буде веома активан, слично као у будном стању. Електрични сигнали показују да мозак тада није „искључен“. Напротив, док тело мирује, у мозгу се одвија читав низ интензивних процеса.
Управо ту настаје први парадокс. Спавање би требало да буде период опоравка, али мозак током РЕМ сна наставља да троши значајне количине енергије. Он ни иначе није орган који може дуго да функционише без непрекидног снабдевања. Иако чини свега око два процента телесне масе, мозак троши око петине енергије целог организма.
Због тога је континуирани доток крви пресудан. Ако се доток крви у мозак прекине, губитак свести може уследити за свега неколико секунди. Мозак, дакле, није систем који током одмора прелази у потпуно штедљив режим.
Јапански истраживачи су, међутим, открили нешто још суптилније. Током РЕМ сна крвни судови се шире, па у одређене делове мозга стиже више крви. Расте и концентрација пирувата, молекула који учествује у преносу енергије до неурона. Али АТП, молекул који неурони непосредно користе за свој рад, опада.
Другим речима, више горива стиже до система, а батерија се празни.
МОЗАК НИ ТОКОМ СНА НЕ ПРЕСТАЈЕ ДА ТРОШИ ЕНЕРГИЈУ
Мозак је мали у односу на остатак тела, али је међу његовим највећим потрошачима енергије. Чак и током сна он мора да одржава бројне процесе - рад неурона, комуникацију између ћелија, регулацију унутрашњег окружења и циркулацију крви.
РЕМ фаза је посебно занимљива јер се активност мозга тада повећава, док тело остаје углавном непокретно. Зато научници сан не посматрају као једноставно „гашење“ мозга. Он и даље ради, само у другачијем функционалном стању.
Нови резултати истраживања показују да количина крви која стиже до мозга не мора директно да означава и количину енергије коју неурони тренутно могу да употребе.
ФОТО: PeachShutterStock/Shutterstock2. Енергија мозга стиже крвљу, али не иде директно до неурона
Да би се разумело шта се дешава током сањања, потребно је погледати мало дубље у анатомију мозга.
Неурони нису непосредно прикључени на крвне судове као на неку врсту кабла за напајање. Крв преноси кисеоник и глукозу, али између крвотока и неурона постоје посредници. Важну улогу у том систему имају астроцити, врста глијалних ћелија које учествују у снабдевању неурона енергијом.
И ту се отвара простор за различите могућности. Крвни судови могу да се шире и скупљају, зависно од активности одређеног дела мозга. Астроцити, са друге стране, могу да утичу на то колико ће ефикасно енергија бити прослеђена неуронима.
Зато није довољно рећи више крви значи више енергије за мозак.
Истраживање је показало да су током РЕМ сна крвни судови проширени и да је више пирувата доступно систему. Ипак, АТП опада. Научници за сада имају три могућа објашњења.
Прво, могуће је да неурони током сањања троше енергију толико брзо да је укупна количина расположиве енергије у систему привремено смањена. Друга могућност је да се негде успорава или прекида пренос енергије са астроцита на неуроне. Трећа је још занимљивија – можда енергија стиже до неурона, али митохондрије, „електране“ ћелија, не претварају је у АТП истом ефикасношћу.
За сада нема коначног одговора. И управо је то један од најзанимљивијих делова открића.
ФОТО: Only_NewPhoto/Shutterstock3. Енергија мозга почиње да се мења пре него што сан почне
Посебно је изненадио тренутак у којем долази до промене циркулације. Отприлике 50 секунди пре почетка РЕМ фазе, крвни судови почињу да пропуштају већу количину крви кроз мозак.
Педесет секунди можда не звучи као много, али у контексту брзих неуронских процеса то је прилично дуг интервал.
Тај податак мења уобичајену представу о односу између неуронске активности и метаболизма. Интуитивно бисмо могли да замислимо да неурони прво постају активни, а да тело потом реагује тако што шаље више ресурса. Као када мотор почне да ради брже, па му систем за довод горива повећа снабдевање.
Међутим, овде се чини да процес може да иде и у супротном смеру.
Метаболичко окружење мозга припрема се пре него што РЕМ сан у потпуности почне. То сугерише да енергетско стање не прати само активност неурона већ може да утиче на њихов рад.
То је важна промена перспективе. Уместо слике у којој су неурони главни командни центар, добијамо сложенију мрежу у којој крвни судови, астроцити и други делови организма учествују у обликовању онога што мозак може да уради.
Мозак, у том смислу, није изолован орган.
ШТА СЕ ДЕШАВА ПРЕ РЕМ СНА?
Око 50 секунди пре уласка у РЕМ фазу сна долази до повећања протока крви кроз мозак. Тај тренутак је важан јер показује да метаболичке промене могу претходити стању које повезујемо са сањањем. Уместо једноставног модела у којем активни неурони „траже“ више енергије, резултати упућују на двосмерну везу. Неуронска активност утиче на метаболизам, али и метаболичко окружење може да утиче на рад неурона. Управо та повратна спрега могла би да помогне научницима да боље разумеју шта се у мозгу дешава када прелазимо из једне фазе сна у другу.
ФОТО: Minerva Studio/Shutterstock4. Да ли сањамо да бисмо нешто запамтили?
Једно од најтежих питања остаје без коначног одговора: – чему снови уопште служе?
Истраживање енергије не даје директан одговор, али се уклапа у једну од хипотеза о улози сањања. У ранијим експериментима на мишевима научници су приметили да се током сна у неуронима поново појављују обрасци активности повезани са искуствима из претходног дана.
Као да мозак поново пролази кроз оно што се догодило, али убрзано и на измењен начин.
Једно могуће тумачење јесте да мозак током сна поново обрађује искуства како би одлучио шта вреди сачувати као успомену, а шта може да буде заборављено. Тај процес повезан је са пластичношћу мозга — способношћу нервног система да мења своје везе и обрасце функционисања.
Ако је то заиста део функције сна, онда није чудно што сањање има метаболичку цену. Мозак током тог процеса поново обрађује искуства и прави избор шта ће задржати, а шта заборавити, а за такав рад потребна је енергија.
Ипак, треба бити опрезан са оваквим тумачењем. То што се одређени обрасци неуронске активности понављају током сна не доказује да је то коначна сврха снова. Мозак током спавања обрађује огромну количину информација, али још није јасно који су од тих процеса непосредно повезани са садржајем снова, а који се одвијају независно од њега. Чак ни живописни снови које памтимо после буђења не морају представљати целокупну слику онога што се током сна дешава у мозгу. Сањање је зато и даље једно од подручја неуронауке у којем постоји више хипотеза него сигурних одговора.
ФОТО: Gorodenkoff/Shutterstock5. Шта нам мишеви могу рећи о људском мозгу
Једно од природних питања јесте колико се резултати добијени на мишевима могу применити на људе.
Повећан проток крви током РЕМ сна већ је уочен и код људи помоћу функционалне магнетне резонанце. Али постоји важна разлика. У експериментима на мишевима истраживачи су могли да користе генетски кодиране сензоре за праћење нивоа АТП-а, што није могуће извести на исти начин код људи.
То значи да се из људског fMRI снимка не може једноставно закључити колико енергије стоји на располагању неуронима.
fMRI је изузетно користан јер показује промене у протоку крви. EEG, с друге стране, бележи електричну активност мозга. Али однос између ова два показатеља није савршено једноставан. Више крви не значи аутоматски више АТП-а, нити један сигнал може сам да објасни целокупну активност мозга.
Ново истраживање зато не обара досадашње методе. Оно им додаје још један слој.
До сада смо могли да гледамо активност, па проток крви. Сада су истраживачи успели да виде и део енергетске динамике која се дешава унутар тог система.
То је помало као да смо уместо две камере добили и трећу. Прве две показују шта се дешава са активношћу мозга и протоком крви, док трећа открива шта се у том тренутку дешава са енергијом коју неурони заиста могу да користе. Слика није постала мање истинита, постала је сложенија. Тек када се сви ти подаци посматрају заједно, видимо да активност неурона, проток крви и енергетско стање мозга не морају увек да се крећу истим путем.
ЗАШТО fMRI НИЈЕ ИСТО ШТО И МЕРЕЊЕ ЕНЕРГИЈЕ?
Функционална магнетна резонанца може да покаже промене у протоку крви у мозгу и зато је важан алат у проучавању активности током сна. Али, проток крви није исто што и количина енергије доступна неуронима.
Ново истраживање мишева омогућило је праћење АТП-а, молекула који ћелије користе за непосредно обављање великог броја процеса.
Испоставило се да се проток крви и ниво АТП-а не морају кретати у истом смеру. То не доводи у питање fMRI, већ показује да један показатељ не може да опише све што се дешава у сложеном метаболичком систему мозга.
ФОТО: Minerva Studio/Shutterstock6. Од снова до епилепсије и депресије
Ово откриће можда има значај далеко изван проучавања сна.
Ако начин на који мозак распоређује енергију утиче на активност неурона, онда би поремећаји тог система могли бити важни и код неуролошких и психијатријских болести.
Истраживачки тим је већ проучавао шта се дешава са енергијом мозга током епилептичних напада. Неурони тада постају хиперактивни и троше велике количине енергије, али се не мења само њихова потрошња. Мења се и сам метаболички систем који треба да одговори на тај нагли пораст активности. У ранијем истраживању научници су показали да се тај систем прилагођава током поновљених напада, а те промене могу бити повезане са њиховом тежином. Епилепсија тако пружа прилично јасан пример колико су неуронска активност и метаболизам међусобно зависни.
Код депресије је слика далеко мање јасна. Истраживачи тек почињу да испитују да ли промене у метаболичкој динамици мозга могу имати улогу и у неуропсихијатријским поремећајима. За сада нема довољно података за чврсте закључке, али управо је то један од праваца који би будућа истраживања могла да разјасне.
Открића до којих се дошло током експериманта показују да шира лекција овог истраживања можда је још занимљивија од самог питања зашто се будимо уморни после сна.
Дуго смо мозак замишљали као својеврсни рачунар – неурони обрађују информације, а остатак система обезбеђује услове за њихов рад. Али биолошки мозак није баш тако уредан. Он не израчунава све могуће исходе, не тражи увек оптимално решење и не троши енергију равномерно.
Оваква перспектива мења и начин на који можемо да посматрамо сам сан. Он није само период у којем се мозак искључује из спољашњег света, нити је тело током тог времена тек пасивни пратилац онога што се дешава у глави.
ПОВЕЗАНЕ ВЕСТИ
Проток крви, рад глијалних ћелија, доступност енергије и активност неурона непрестано утичу једни на друге. То би могло да објасни и зашто квалитет сна не зависи само од тога колико смо дуго спавали. Организам мора да одржи сложену равнотежу док прелазимо из једне фазе сна у другу, а та равнотежа укључује много више од саме активности неурона. Када се неки од тих процеса поремети, последице можда нису ограничене само на осећај умора после буђења. Зато проучавање енергије мозга током сна може бити важно и за разумевање ширег односа између мозга, тела и понашања.
Та повезаност мозга и тела види се и у начину на који животиње доносе одлуке. Њихов мозак не покушава увек да израчуна све могуће исходе, већ често тражи довољно добро решење уз што мањи утрошак времена и енергије.
То постаје очигледно у тренутку опасности. Када животињу јури предатор, нема времена да математички анализира сваки могући правац кретања. Она бира оно што јој у датом тренутку делује као најбоља опција и наставља даље. Управо у томе може бити једна од предности биолошког система — не мора све да израчуна да би донео одлуку.
Исто важи и за енергију. Биолошки мозак је штедљив, али не на начин на који бисмо то очекивали од машине. Он непрестано прилагођава своје потребе стању организма, искуству и понашању.
Зато сан можда није време у којем мозак једноставно одмара.
Можда је то време у којем мења начин на који користи сопствене ресурсе, поново обрађује искуства и припрема се за оно што следи.
А чињеница да се све то дешава док тело лежи мирно само чини парадокс занимљивијим: док спавамо, мозак није искључен. Само ради по другачијим правилима.
