Jak už ví mnohý student, který kdy s prázdným pohledem po probdělé noci zíral na test, nedostatek spánku může výrazně snížit vaši schopnost udržet informace. Dvě nové studie z Michiganské univerzity odhalují, proč tomu tak je a které procesy, škodlivé nebo naopak prospěšné pro tvorbu vzpomínek, během spánku a spánkové deprivace v mozku probíhají.

Specifické neurony mohou být naladěny na specifické podněty. Například krysy v bludišti mají neurony, které se aktivují, jakmile zvíře dosáhne určitých míst v bludišti. Tyto neurony, nazývané „place neurons“ (prostorové neurony), jsou aktivní i u lidí a pomáhají jim orientovat se v prostředí. „Pokud je ale tento neuron aktivní během spánku, co z toho můžeme odvodit?“ ptá se Kamran Diba, Ph.D., docent anesteziologie na lékařské fakultě U-M.

Studie, shrnutá v časopise Nature a vedená Dibou a bývalým doktorandem Kouroshem Maboudim, Ph.D., se zaměřuje na neurony v hipokampu (struktuře mozku ve tvaru mořského koníka, která je zapojena do tvorby paměti) a objevuje způsob, jak naladění neuronových vzorců spojených s určitým místem vizualizovat, zatímco zvíře spí.

Typ elektrické aktivity zvané sharp-wave ripples (rychlé elektrické oscilace) během odpočinkových stavů a spánku vychází z hipokampu každých několik sekund po dobu několika hodin. Výzkumníci byli fascinováni, jak synchronizované tyto vlny jsou a jak daleko se přenáší, zdánlivě za účelem šíření informací z jedné části mozku do druhé.

Zdá se, že tato aktivita umožňuje neuronům vytvářet a aktualizovat vzpomínky, včetně těch na lokality. Pro účely studie tým měřil mozkovou aktivitu krysy během spánku poté, co krysa dokončila nové bludiště, a pomocí typu statistické inferenční metody zvané Bayesovské učení byl poprvé schopen sledovat, které neurony reagují na která místa v bludišti.

„Řekněme, že neuron preferuje určitý roh bludiště. Můžeme vidět, že se během spánku tento neuron aktivuje společně s dalšími, které vykazují podobné preference. Ale někdy se spolu s touto buňkou mohou aktivovat i neurony spojené s jinými oblastmi. Když jsme pak krysu vrátili zpět do bludiště, zjistili jsme, že preference neuronů se změnily v závislosti na tom, společně s kterými buňkami se aktivovaly během spánku,“ vysvětluje Diba.

Metoda vědcům umožňuje v reálném čase vizualizovat plasticitu nebo „reprezentational drift“ u neuronů (tj. reprezentace nebo vzorce aktivity neuronů v mozku, které se mění v průběhu času, i když podněty nebo úkoly, které tyto neurony zpracovávají, zůstávají konstantní). To také podporuje dlouhodobou teorii, že reaktivace neuronů během spánku je jedním z důvodů, proč je spánek důležitý pro naše vzpomínky. Vzhledem k tomu se Dibaův tým rozhodl prozkoumat, co se v mozku děje naopak při spánkové deprivaci.

Ve druhé studii, taktéž publikované v Nature, porovnával tým vedený Dibou a bývalým doktorandem Bapunem Girim, Ph.D., množství neuronové reaktivace — tedy kdy se prostorové neurony, které se aktivovaly během průzkumu bludiště, spontánně znovu aktivují během odpočinku — a sekvenci jejich reaktivace během spánku, a naopak během spánkové deprivace.

Zjistili, že vzorce aktivace neuronů zapojených do reaktivace a přehrávání zážitku z bludiště byly oproti spánkové deprivací během spánku vyšší. Spánková deprivace sice odpovídala podobné nebo vyšší frekvenci ostrých vln, ale jejich nižší amplitudě a síle. „V téměř polovině případů však byla reaktivace zážitku z bludiště během spánkové deprivace zcela potlačena,“ upozorňuje Diba.

Když měly spánkově deprivované krysy možnost spánek dohnat, reaktivace zážitku se u nich mírně zlepšila, nikdy však nedosáhla úrovně u krys, které spaly normálně, a přehrávání bylo podobně narušeno a po doplnění ztraceného spánku se neobnovilo.

Vzhledem k tomu, že reaktivace a přehrávání jsou pro paměť důležité, tato zjištění prokazují škodlivé účinky spánkové deprivace na paměť. Dibaův tým doufá, že bude ve zkoumání povahy zpracování paměti během spánku, potřeby reaktivace neuronů a vlivu spánkové deprivace na paměť dále pokračovat.

Převzato z Mensa World Journal č. 140, 9/2024.

Nová studie na krysách vnáší světlo do toho, jak životní styl s nedostatkem spánku může narušit fungování lidského těla, aniž by si to člověk uvědomil. Čím větší nedostatek spánku krysy mají, tím častěji některé z jejich neuronů vypnou – s následným poklesem výkonu. Vědci z Národního institutu zdraví objevili, že i když jsou zvířata vzhůru a jsou aktivní, některé skupiny neuronů v části mozku, kde dochází k myšlení (tedy v kůře), krátce usínají. „Takové unavené neurony v bdělém mozku mohou být u lidí zodpovědné za poruchy pozornosti, špatné úsudky, náchylnost k chybám a vznětlivost, což míváme, když jsme nevyspalí, i když se ještě zvlášť ospalí necítíme,“ vysvětluje Giulio Tononi, M.D., Ph.D., z University of Wisconsin-Madison.

„Překvapivě v mozku s nedostatkem spánku se skupiny neuronů vypínají v jedné části kůry, ale v jiné ne, a nebo dokonce v části jedné oblasti ano a v druhé ne.“ Tononi s kolegy píší o svých pozorováních online v časopisu Nature z 28. dubna 2011. Předchozí studie poukazovaly na taková lokální zdřímnutí s prodlouženým bděním. Málo se však vědělo, jak se může měnit příslušná neuronová aktivita. Aby zjistili více, udržovali výzkumníci krysy několik hodin v bdělém stavu a sledovali elektrickou aktivitu na různých místech kůry. Dali jim do klecí nové objekty – barevné míče, krabičky, trubičky a voňavý hnízdní materiál od jiných krys. Čím byly krysy ospalejší, tím víc skupin neuronů v kůře se vypínalo, zřejmě náhodně, na různých místech.

Elektrické profily těchto unavených neuronů se podobaly těm, které měly neurony v kůře během NREM nebo ve spánku s pomalými vlnami. Avšak celkový EEG krys (měření elektrické aktivity mozku na temeni) potvrdilo, stejně jako jejich chování, že jsou vzhůru. Takže neuronová únava se liší od zřejmějšího mikrospánku – tří až patnáctisekundové výpadky se zavřením očí a EEG jako ve spánku, s nímž se někdy setkáváme při prodloužené bdělosti. Je to podobnější místním výpadkům pozorovaným u některých forem epilepsie, upozorňují výzkumníci. I když je to prchavé, unavené neurony opravdu ovlivňují výkonnost. Když se neurony v kůře pro pohyb vypnuly zlomek sekundy před tím, než se krysa pokusila dosáhnout na cukrovou kuličku, snížilo to pravděpodobnost úspěchu o 37,5 %. A celkový počet těchto chyb s prodlouženou bdělostí významně stoupal. To naznačuje, že unavené neurony, a s tím související vzestup aktivity pomalých vln, mohou přispět k odpovědnosti za zhoršený výkon lidí s nedostatkem spánku, kteří se mohou zdát chováním i subjektivně jako bdělí.

Skupinky neuronů, které se vypínají s dlouhým bděním, jsou v mnohém zrcadlem progresivních změn, které nastávají během regeneračního spánku následujícího po období nedostatku spánku. Podle Tononiho obojí slouží k zachování rovnováhy – části kompenzačních mechanismů, které regulují potřebu spánku. Právě tak jako nedostatek spánku způsobuje v celém mozku stav nestability, může také způsobit místní nestabilitu kůry, pravděpodobně vyčerpáním hladiny chemických přenašečů v mozku. Tak mohou unavené neurony vypnout jako součást úsporného nebo obnovujícího procesu pro přetížené neuronové spoje.

„Výzkum ukazuje, že nedostatek spánku v dospívání může mít nepříznivé citové a poznávací následky, které mohou ovlivnit vývoj mozku,“ poznamenal ředitel NIMH Thomas R. Insel, M.D. „Širší linie studií, ke které tohle patří, částečně uvažuje o změnách ve vzorcích spánku rozvíjejícího se mozku jako o možném ukazateli zdraví neurálních spojů, který může začít upadat během kritického přechodu z dětství k dospívání.“

Reference

Local sleep in awake rats. Vyazovskiy VV, Olcese U, Hanlon EC, Nir Y, Cirelli C, Tononi G. Nature. 2011 April 28. http://www.eurekalert.org/pub_releases/2011-04/niom-tnc042711.php

K tématu spánku se můžete podívat také na http://www.rozhlas.cz/leonardo/priroda/_zprava/pstros-spi-jako-ptakopysk—940797

Přeloženo z Tired Neurons Caught Nodding off in Sleep-deprived Rats; Mensa International Journal, srpen 2011, číslo 551