System prania mózgu staje się niebezpieczny: oto, co dzieje się z mózgiem, który nie śpi

Zamglenie umysłu, spadki uwagi, psychiczna niezdolność do koncentracji. Prawie każdy doświadczył tych doznań po nieprzespanych nocach: nie czują się tak czujni, jak powinni. Dlaczego tak się dzieje? Nowe badanie przeprowadzone przez MIT w Bostonie, opublikowane w czasopiśmie Nature Neuroscience, oferuje możliwe wyjaśnienie. Praca pokazuje, co dzieje się z ludzkim mózgiem bez snu . Uwaga skupia się na „systemie czyszczącym”, który zazwyczaj uruchamia się podczas snu. Naukowcy odkryli, że podczas snów, które występują w sytuacjach niedoboru snu, następuje gwałtowny wyciek płynu mózgowo-rdzeniowego . Jest to proces, który zazwyczaj zachodzi podczas snu i pomaga w usuwaniu produktów przemiany materii nagromadzonych w ciągu dnia. Chodzi o to, że ten przepływ jest niezbędny do utrzymania zdrowego i prawidłowo funkcjonującego mózgu.

Kiedy człowiek cierpi na niedobór snu, organizm zdaje się próbować nadrobić zaległości w tym „oczyszczaniu”, aktywując impulsy przepływu płynu mózgowo-rdzeniowego. Jednak to „przepłukiwanie” ma swoją cenę: drastyczne skrócenie czasu koncentracji. „Jeśli nie śpisz, fale płynu mózgowo-rdzeniowego zaczynają zakłócać stan czuwania, kiedy normalnie byś ich nie zauważył. Powodują one kompromis, przez co czas koncentracji słabnie w momentach, gdy następuje gwałtowny wzrost poziomu płynu” – wyjaśnia Laura Lewis, starsza autorka, członkini Instytutu Inżynierii Medycznej i Nauki oraz Laboratorium Badawczego Elektroniki MIT, a także współpracowniczka Instytutu Uczenia się i Pamięci Picowera.

Chociaż sen jest fundamentalnym procesem biologicznym, nie jest jasne, dlaczego jest tak ważny. Wydaje się niezbędny do utrzymania czujności, a niedobór snu, jak udokumentowano, prowadzi do zaburzeń uwagi i innych funkcji poznawczych. Podczas snu płyn mózgowo-rdzeniowy, który chroni mózg, pomaga usuwać nagromadzone produkty przemiany materii . W badaniu z 2019 roku Lewis i współpracownicy wykazali, że przepływ płynu podczas snu przebiega rytmicznie, wpływając i wypływając z mózgu, i że przepływy te są powiązane ze zmianami fal mózgowych.

Co dzieje się z mózgiem bez snu?

To odkrycie skłoniło naukowców do zastanowienia się nad tym, co dzieje się po deprywacji snu. Aby to zbadać, zrekrutowali 26 ochotników i poddali ich dwóm testom: jednemu po nieprzespanej nocy, a drugiemu po dobrze przespanej nocy. Rano naukowcy monitorowali różne wskaźniki funkcji mózgu i ciała, podczas gdy uczestnicy wykonywali zadanie powszechnie stosowane do oceny skutków deprywacji snu.

Podczas testu każdy uczestnik nosił hełm z elektroencefalografem (EEG) zdolny do rejestrowania fal mózgowych podczas wykonywania czynnościowego rezonansu magnetycznego (fMRI). Naukowcy wykorzystali zmodyfikowaną wersję testu, która mierzyła nie tylko natlenienie krwi w mózgu, ale także napływ i odpływ płynu mózgowo-rdzeniowego. Mierzyli również tętno, częstość oddechów i średnicę źrenicy każdego uczestnika. Podczas skanowania uczestnicy wykonywali dwa zadania wymagające uwagi: wzrokowe i słuchowe. W zadaniu wzrokowym musieli patrzeć na ekran z nieruchomym krzyżykiem. W losowych odstępach czasu krzyżyk przekształcał się w kwadrat, a uczestnicy byli proszeni o naciśnięcie przycisku za każdym razem, gdy widzieli tę transformację. W zadaniu słuchowym zamiast tego słyszeli sygnał dźwiękowy.

Zgodnie z oczekiwaniami, uczestnicy pozbawieni snu radzili sobie z tymi zadaniami gorzej niż osoby wypoczęte. Ich czas reakcji był wolniejszy, a w przypadku niektórych bodźców nie zauważyli żadnych zmian. Podczas tych chwilowych zaników uwagi naukowcy zidentyfikowali kilka zmian fizjologicznych zachodzących jednocześnie. Najistotniejszą z nich był przepływ płynu mózgowo-rdzeniowego (PMR), który wyciekał w tych momentach. Po każdym zaniku PMR powracał do mózgu. „Wyniki sugerują zatem, że gdy uwaga zanika, płyn ten jest w rzeczywistości wydalany na zewnątrz, z dala od mózgu. A gdy uwaga powraca, jest on ponownie wchłaniany” – mówi Lewis.

Naukowcy stawiają hipotezę, że gdy mózg jest pozbawiony snu, zaczyna kompensować utratę oczyszczania, która normalnie występuje podczas snu , mimo że te skoki przepływu płynu mózgowo-rdzeniowego skutkują utratą uwagi. „Można myśleć o tych zjawiskach tak, że ponieważ mózg potrzebuje tak dużo snu, robi wszystko, co w jego mocy, aby wejść w stan przypominający sen, aby przywrócić niektóre funkcje poznawcze” – mówi główny autor, Zinong Yang. „Układ płynów mózgowych stara się przywrócić funkcje, przenosząc mózg ze stanu wysokiej uwagi do stanów wysokiego przepływu”. Naukowcy odkryli również inne zjawiska fizjologiczne związane z zaburzeniami uwagi, w tym spowolnienie oddechu i tętna oraz zwężenie źrenic. Stwierdzili, że to ostatnie w szczególności rozpoczynało się około 12 sekund przed wyciekiem płynu mózgowo-rdzeniowego z mózgu i że źrenice ponownie się rozszerzały po utracie uwagi. „Co ciekawe, wydaje się, że nie jest to tylko zjawisko mózgowe, ale zdarzenie obejmujące cały organizm” – zauważa Lewis. „Te odkrycia” – podsumowuje – „sugerują istnienie jednolitego obwodu, który reguluje zarówno to, co uważamy za zaawansowane funkcje mózgu (nasza uwaga, nasza zdolność postrzegania i reagowania na świat), jak i podstawowe, fundamentalne procesy fizjologiczne, takie jak dynamika płynów mózgowych, przepływ krwi w mózgu i zwężanie naczyń krwionośnych”.