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.

Jedinci, jimž vnitřní hodiny diktují, aby chodili spát a vstávali velmi pozdě (průměrný čas usnutí 2:30 a průměrný čas probuzení 10:15), mají nižší propojitelnost jednotlivých oblastí mozku v jeho klidovém stavu, a to konkrétně těch, jež jsou spojeny s udržováním vědomí. To pak souvisí s horší pozorností, pomalejšími reakcemi a zvýšenou ospalostí během typického pracovního dne.

Podle Britského národního statistického úřadu zhruba 12 procent zaměstnanců pracuje na noční směny. Víme, že rozpor mezi interními tělesnými hodinami a skutečnými hodinami spánku má závažný negativní vliv na zdraví lidí pracujících na noční směny. Ale takovýto rozpor může být způsoben také nutností přizpůsobit se společensky obvyklému pracovnímu dni od 9 do 17 hodin, pokud toto časové rozvržení není v souladu s vašimi přirozenými biologickými rytmy. Pozdější uléhání ke spánku a vstávání po 8:20 preferuje kolem 40–50 % populace; podle výzkumníků je tedy nutné v oblasti výzkumu negativních vlivů působících na tuto skupinu ještě mnohé udělat.

Vedoucí výzkumu Dr. Elise Facer-Childsová z Centra pro zdraví lidského mozku univerzity v Birminghamu říká: „Obrovské množství lidí se snaží během práce nebo školního vyučování podávat co nejlepší výkony v čase, jemuž nejsou přirozeně přizpůsobeni. Je nanejvýš nezbytné, abychom tuto otázku lépe pochopili, a dokázali jak minimalizovat zdravotní rizika ve společnosti, tak maximalizovat produktivitu jedinců.“

Studie uveřejněná v časopisu SLEEP se zaměřila na funkci mozku v klidu a její souvislost s kognitivními schopnostmi 38 dobrovolných účastníků studie, charakterizovaných buďto jako sovy, nebo skřivani, a to s využitím fyziologických rytmů (melatonin a kortizol), nepřetržitého monitorování stavu spánek/bdění a informací z dotazníků. Dobrovolníci podstoupili vyšetření magnetickou rezonancí, následně na sezeních v různých časech dne mezi osmou hodinou ranní a osmou večerní řešili řadu úkolů a průběžně hodnotili svou úroveň ospalosti.

Skřivani mezi dobrovolníky byli podle svého tvrzení méně ospalí v ranních hodinách a vykazovali v té době i rychlejší reakční dobu při testech, a byli v nich tedy výrazně úspěšnější než sovy. Ty pak byly nejméně ospalé v osm hodin večer a měly tehdy i nejrychlejší reakční dobu, ačkoliv ani tak jejich výsledky nebyly oproti skřivanům výrazně úspěšnější. Sovy jsou tedy jednoznačně nejvíce znevýhodněné ráno a zřejmě jsou oproti skřivanům v nevýhodě i po zbytek dne – mozková propojitelnost v oblastech, které by mohly být předpokladem lepší výkonnosti a nižší ospalosti, byla totiž v pozorovaných časech u skřivanů významně vyšší, což naznačuje, že propojitelnost mozku v klidovém stavu je u sov oslabena po celou sledovanou denní dobu.

Dr. Facer-Childsová, která nyní působí na Monashově institutu kognitivních a klinických neurověd (MICCN) v australském Melbourne, výsledky komentuje: „Nesoulad mezi osobním biologickým časem a společenským časem, který většina z nás zažila formou časového posunu při cestování letadlem, je obvyklým problémem sov, které se pokoušejí přizpůsobit normálnímu pracovnímu dni. Naše studie je první, která ukazuje možný vnitřní neuronový mechanismus stojící za tím, proč jsou sovy možná vystaveny kognitivnímu znevýhodnění, jsou-li nuceny se těmto nátlakům přizpůsobovat.“

„Máme-li se s tím naučit pracovat, potřebujeme umět lépe brát v úvahu osobní vnitřní hodiny každého jedince, a to zejména v pracovní oblasti. Typický pracovní den sice možná trvá od 9 do 17 hodin, pro sovu to však potenciálně znamená sníženou výkonnost v ranních hodinách, nižší mozkovou konektivitu v oblastech spojených s vědomím a zvýšenou ospalost přes den. Pokud bychom jako společnost dokázali být pružnější v organizaci času, mohli bychom dosáhnout velkého pokroku v maximalizaci produktivity a minimalizaci zdravotních rizik.“

Převzato z Mensa World Journal, č. 76, 5/2019.

„Ale takhle přesně funguju já!“ napadlo mě okamžitě a začala jsem o tom uvažovat. Vím, že mám nadprůměrně dobrou paměť. A hodně toho využívám. Například jízdní řád našeho autobusu znám víceméně nazpaměť ze všech pěti důležitých zastávek. Proč? Ušetřím si třeba čtvrthodinové čekání v mrazu, když vím, že stačí trošku popoběhnout, aby člověk stihl nejbližší spoj. Nebo naopak nemusím spěchat s těžkým nákupem, když vím, že mohu pár minut ještě posedět v teple supermarketu. O maličko tak třeba snižuji možnost nastydnutí a oddaluji chvíli, kdy se ozvou zničená záda…

Nebo procházím pasovou kontrolou pražského letiště a dívám se na hodinky. Znovu na ně kouknu, když se dostanu ke své odletové bráně. Zjištění, že mi to trvalo 15 minut, se mi hodí třeba při odletu zahraniční návštěvy, která zapomene něco v hotelu. V takové chvíli si prostě spočítám, jestli dokážu být se zapomenutou věcí včas na letišti, neboť od času letu, který znám, je potřeba odečíst minimálně 30 minut (čas, kdy se zavírá brána před odletem), ale taky čas, než stihnete k odletové bráně dojít. Obdobně při příletu. Pokud má letadlo přistát v 6:30, proč stepovat na letišti už od šesti hodin (co kdyby přistáli dřív), když vím, že to trvá ještě tak půl hodiny, než člověk dostane bagáž, projde pasovou kontrolou a dlouhými chodbami se dostane k východovým dveřím?

Zkrátka snažím se zapamatovat si spoustu věcí z praktických důvodů, protože vím, že někdy v budoucnosti se ocitnu na stejném místě v podobné situaci. Nebo mi to možná pomůže rychleji se rozhodnout mezi dvěma podobně vypadajícími možnostmi.

Tuto paměťovou strategii lze dobře pozorovat i u našich oblíbených deskových her. Špičkoví hráči si své partie zapisují a později (nejlépe hned po zápase) se k nim vracejí. Hráči nižší úrovně kolikrát zapisují partie jen proto, že se řeklo, že je to povinné. Nikdy se k partii nevrátí, nikdy nebudou zkoumat, jestli jejich prohra o tři tahy dřív mohla být odvrácena, kdyby hráli nějak jinak. Nevidí, že by jim to mohlo být při další partii prospěšné. A tak si jejich paměť tyto pro budoucnost užitečné informace nejspíš neuloží ani ve spánku.

A jak jste na tom vy? Cítíte se být spíš sběrateli krásných zážitků, nebo je vaše paměť plná praktických informací?

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