Εγκεφαλικά κύματα ύπνου Σχεδιάστε ένα υγιές μπάνιο για τους νευρώνες
Όταν βυθίζεστε σε βαθύ ύπνο, ένας κύκλος δραστηριότητας ξεκινά πίσω από τα κλειστά βλέφαρά σας. Πρώτον, ένα αργό ηλεκτρικό κύμα διαπερνά τον εγκέφαλο. Λίγα δευτερόλεπτα αργότερα, η ποσότητα του αίματος στον εγκέφαλο πέφτει. Στη συνέχεια, ένα κύμα εγκεφαλονωτιαίου υγρού αντιστρέφει τη συνήθη φορά ροής του και κινείται προς τα πάνω μέσω μεγάλων κοιλοτήτων στο κάτω και κεντρικό τμήμα του εγκεφάλου. Το μοτίβο επαναλαμβάνεται περίπου τρεις φορές το λεπτό κατά τη διάρκεια του ύπνου non-REM, τις τυπικά χωρίς όνειρα φάσεις όταν τα μάτια σας παραμένουν ακίνητα.
Σε μια πρόσφατη μελέτη, οι ερευνητές παρατήρησαν τη ρυθμική αλληλουχία που ενώνει αυτά τα τρία φαινόμενα στους ανθρώπους για πρώτη φορά και βρήκαν τους αιτιολογικούς δεσμούς μεταξύ τους. Η ανακάλυψή τους διευκρινίζει πώς ο ύπνος μπορεί να προστατεύσει την ευημερία του εγκεφάλου οδηγώντας στοιχεία ενός σκοτεινού «υδραυλικού συστήματος» που βρέθηκε στον εγκέφαλο μόλις πριν από λίγα χρόνια. Κάποια μέρα, ο μηχανισμός που ανακαλύφθηκε πρόσφατα μπορεί να αποτελέσει τη βάση για νέες θεραπείες για την πρόληψη της γνωστικής έκπτωσης σε ασθενείς με νόσο Αλτσχάιμερ και άλλες παθήσεις, αλλά έχει ήδη αξία για την εμβάθυνση της κατανόησης της φυσιολογικής δυναμικής του ύπνου.
Ο ύπνος είναι ένα μάλλον σουρεαλιστικό φαινόμενο, λέει η Laura Lewis, επίκουρη καθηγήτρια βιοϊατρικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Βοστώνης και η ανώτερη συγγραφέας της μελέτης. Κάθε μέρα, εισερχόμαστε σε μια αλλοιωμένη κατάσταση συνείδησης στην οποία πολλές πτυχές της γνώσης και της φυσιολογίας μας αλλάζουν δραματικά και ταυτόχρονα. Ωστόσο, δεν μπορούμε να ζήσουμε χωρίς αυτό. Τα ζώα που στερούνται ύπνου πεθαίνουν και ακόμη και ο ανεπαρκής ύπνος συνδέεται με γνωστική έκπτωση.
Για χρόνια, οι επιστήμονες υποψιάζονταν ότι η βλάβη που προκαλείται από τον διαταραγμένο ύπνο έχει κάτι να κάνει με την υπερσυσσώρευση αποβλήτων ή τοξινών στον εγκέφαλο. Μελέτες έδειξαν ότι ο ύπνος είναι σημαντικός για την απομάκρυνση των απορριμμάτων, αλλά οι λεπτομέρειες ήταν ομιχλώδεις. Το 2012, έρευνα στο εργαστήριο του Maiken Nedergaard, ενός νευροεπιστήμονα στο Ιατρικό Κέντρο του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ, εντόπισε αυτό που φαίνεται να είναι η οδός απομάκρυνσης των αποβλήτων του εγκεφάλου, το γλυμφατικό (γλοιακό-λεμφικό) σύστημα. Αυτό είναι ένα λεπτό σύνολο καναλιών που σχηματίζονται από τα νευρογλοιακά κύτταρα του εγκεφάλου που μπορούν να μεταφέρουν υγρό μέσα στον εγκέφαλο. Το πρόβλημα ήταν ότι κανένας εύλογος μηχανισμός δεν φαινόταν να συνδέει τα νευρολογικά σημάδια του ύπνου με το γλυμφικό σύστημα ή ακόμα και με τις κινήσεις του εγκεφαλονωτιαίου υγρού (ΕΝΥ) γενικότερα. "Απλώς δεν ήμασταν σίγουροι τι άλλαζε ή πώς", είπε ο Lewis.
Πειράματα σε ζώα υπαινίχθηκαν, ωστόσο, ότι υπήρχε κάποια συσχέτιση μεταξύ της δραστηριότητας των εγκεφαλικών κυμάτων ύπνου και της ροής των υγρών μέσω του εγκεφάλου. Η αναζήτηση αυτών των μοτίβων στον ύπνο του ανθρώπινου εγκεφάλου φαινόταν ως ένας καλός τρόπος για να αρχίσετε να λαμβάνετε κάποιες απαντήσεις.
Οι ερευνητές κατασκόπευαν τους φυσικούς κύκλους ύπνου αργά το βράδυ, είπε η Nina Fultz, βοηθός ερευνητής στη βιοϊατρική μηχανική στο Πανεπιστήμιο της Βοστώνης και πρώτη συγγραφέας της μελέτης. Ήθελαν να κάνουν μετρήσεις των εγκεφαλικών κυμάτων, της οξυγόνωσης του αίματος και των κινήσεων του ΕΝΥ ταυτόχρονα, έτσι τοποθέτησαν ηλεκτρόδια στο κρανίο των 13 ανθρώπινων υποκειμένων τους και τα έβαλαν για ύπνο σε μηχανές μαγνητικής τομογραφίας. Οι συνεργάτες τους στο Κέντρο Βιοϊατρικής Απεικόνισης Μαρτίνος βοήθησαν στη διαμόρφωση ενός καινοτόμου τρόπου απεικόνισης του εγκεφάλου:Μια επιταχυνόμενη διαδικασία μαγνητικής τομογραφίας τράβηξε πολλές φωτογραφίες ανά δευτερόλεπτο και ανίχνευσε την εισροή υγρού, η οποία εμφανιζόταν ως πολύ φωτεινές περιοχές στις σαρώσεις.
Αυτός ο συνδυασμός μετρήσεων αποδείχθηκε ότι ήταν εξαιρετικά ενημερωτικός και «αποκάλυψε εκπληκτικά μοτίβα», δήλωσε η Helene Benveniste, καθηγήτρια αναισθησιολογίας στο Πανεπιστήμιο Yale, η οποία δεν εργάστηκε στο έργο. Έδειξε ότι τα στοιχεία του κύκλου ήταν ευθυγραμμισμένα χρονικά, ένα μετά από το τελευταίο. Αλλά αυτό ήταν μόνο ένας συσχετισμός και οι ερευνητές ήθελαν απόδειξη ότι κάθε μέρος του κύκλου προκαλούσε το επόμενο.
Για το σκοπό αυτό, κατασκεύασαν ένα μοντέλο βασισμένο στην καθιερωμένη δυναμική στον εγκέφαλο. Ήταν ήδη γνωστό, για παράδειγμα, ότι η ηλεκτρική δραστηριότητα στον εγκέφαλο αλλάζει τα πρότυπα της ροής του αίματος, επειδή οι πολύ ενεργοί νευρώνες χρειάζονται περισσότερο οξυγόνο και ενέργεια. Στο μοντέλο των επιστημόνων, το τμήμα του αργού κύματος στο οποίο οι νευρώνες σιωπούν οδήγησε σε μείωση της ροής του αίματος σε μέρη του εγκεφάλου. Αλλά καθώς ο όγκος του αίματος στους ιστούς μειώθηκε, το ΕΝΥ έρεε για να αντισταθμίσει, πιθανώς μέσω του γλυμφικού συστήματος. Το μοντέλο ταίριαζε με τον χρόνο που παρατήρησαν με αρκετή ακρίβεια ώστε να υποδηλώνει μια αιτιώδη σχέση.
Δεν είναι γνωστό εάν αυτό το μοτίβο κίνησης του υγρού μέσα σε μεγάλους χώρους στον εγκέφαλο - την τρίτη και την τέταρτη κοιλία - επεκτείνεται και στον υπόλοιπο εγκέφαλο. Προηγούμενες μελέτες σε ζώα δεν επικεντρώθηκαν στις κοιλίες, αντίθετα εξέτασαν πώς το υγρό εξαπλώνεται μέσω μικρότερων χώρων εντός του εγκεφαλικού ιστού και καθαρίζει τα απόβλητα που συσσωρεύονται εκεί. Αλλά αυτό που είδε η ομάδα της Βοστώνης μπορεί να αντανακλά πολύ παρόμοια δυναμική υγρών, είπε ο Τζέφρι Ίλιφ, καθηγητής ψυχιατρικής και νευρολογίας στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον που μελετά νευροεκφυλιστικές καταστάσεις.
«Υπάρχουν πολλές λεπτομερείς ερωτήσεις που δεν έχουν ακόμη διευθετηθεί, αλλά αυτό είναι ένα τεράστιο βήμα προς τα εμπρός», δήλωσε ο Jeffrey Tithof, επίκουρος καθηγητής μηχανολογίας στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ. Η ομάδα του μελετά το γλυμφικό σύστημα και ορισμένα από τα πρόσφατα αδημοσίευτα ευρήματά τους συνδυάζονται καλά με την εναλλαγή αίματος και ΕΝΥ που παρατηρείται σε αυτήν την ανθρώπινη απεικόνιση. "Είμαστε όλοι πολύ ενθουσιασμένοι με αυτό."
Στη μελέτη λείπουν πιο λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο το ΕΝΥ μπορεί να απομακρύνει τα απόβλητα από τον εγκέφαλο, αλλά ακόμη και αυτό το περιορισμένο περίγραμμα ενός μηχανισμού θα μπορούσε να προωθήσει την κατανόηση των γνωστικών ασθενειών.
Οι επιστήμονες παρατήρησαν μια σχέση μεταξύ ύπνου και Αλτσχάιμερ:Οι διαταραχές του ύπνου συχνά προηγούνται της νόσου, η οποία με τη σειρά της φαίνεται να διαταράσσει περαιτέρω τον ύπνο. Η βιολογία πίσω από αυτή τη σύνδεση είναι άγνωστη, αλλά μια εύλογη εξήγηση είναι ότι, αλλάζοντας τη ροή του αίματος στον εγκέφαλο, ηλεκτρικά σήματα που σχετίζονται με τον ύπνο πυροδοτούν κύματα του ΕΝΥ για να ξεπλύνουν την τοξική αμυλοειδική πλάκα γύρω από τους νευρώνες. Οτιδήποτε παρεμβαίνει στον ύπνο μπορεί να επιτρέψει τη συσσώρευση της πλάκας και να προκαλέσει Αλτσχάιμερ. «Ένας από τους λόγους για τους οποίους νομίζω ότι μια μελέτη σαν αυτή είναι τόσο συναρπαστική είναι ότι παρέχει μια πιθανή εξήγηση που μπορεί πραγματικά να ταιριάζει», είπε ο Iliff. "Αλλά πρέπει να το δοκιμάσουμε."
Η Lewis και η ομάδα της προετοιμάζονται για μελέτες που θα εξετάσουν αυτές τις δυναμικές σε άτομα με εγκεφαλικές διαταραχές. Ωστόσο, αυτές οι πρόσφατες παρατηρήσεις σε νεαρούς, υγιείς εγκεφάλους αποκάλυψαν μια ακολουθία που προσθέτει λεπτομέρειες σε μια εξελισσόμενη εικόνα της λειτουργίας του ύπνου.
Θέτουμε αυτές τις ερωτήσεις για τον ύπνο εδώ και αιώνες, είπε ο Iliff. «Είναι κάτι για το οποίο όλοι νοιάζονται πολύ, και ωστόσο είναι κάτι που είναι αρκετά μυστηριώδες». Πρόσθεσε, «Η κατανόηση και η εμπειρία μας με τον ύπνο είναι θεμελιώδης για το ποιοι είμαστε και τι κάνουμε κάθε μέρα».
