Οι επιστήμονες φαίνεται πως έκαναν ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση ενός από τα πιο θεμελιώδη ερωτήματα της νευροεπιστήμης: γιατί όσο περισσότερο παραμένουμε ξύπνιοι τόσο πιο δύσκολο γίνεται να αντισταθούμε στην ανάγκη για ύπνο.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Βασιλείας στην Ελβετία εντόπισαν συγκεκριμένες ομάδες νευρώνων στον εγκέφαλο ποντικών, οι οποίες ενεργοποιούνται μετά από παρατεταμένη εγρήγορση και στη συνέχεια φαίνεται να «σπρώχνουν» τον εγκέφαλο προς τον ύπνο. Αντίστοιχος μηχανισμός υπάρχει και στους ανθρώπους, η ανακάλυψη θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για νέες θεραπείες ορισμένων διαταραχών ύπνου.
Η νέα μελέτη, με επικεφαλής τον Γουίλ Τζου και τη συμμετοχή της ερευνητικής ομάδας του Άλεξ Σίερ στο Πανεπιστήμιο της Βασιλείας, δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature με τίτλο «Wake-activated neuronal populations that regulate sleep drive».
Μέσα στον εγκέφαλο υπάρχουν αρκετά νευρωνικά κυκλώματα που ρυθμίζουν τον ύπνο και την εγρήγορση. Μεταξύ αυτών βρίσκονται νευρώνες στον υποθάλαμο, ο οποίος λειτουργεί σαν ένα είδος «πίνακα ελέγχου» για τη συγκεκριμένη διαδικασία.
Ένα ή περισσότερα από αυτά τα κυκλώματα ενδέχεται να συνδέονται με το φαινόμενο που όλοι γνωρίζουμε: όσο περισσότερες ώρες περνάμε ξύπνιοι, τόσο πιο ακατανίκητη γίνεται η επιθυμία να κλείσουμε τα μάτια μας. Μέχρι σήμερα, όμως, δεν ήταν ξεκάθαρο ποιος ακριβώς μηχανισμός στον εγκέφαλο δημιουργεί αυτή την «πίεση ύπνου».
Για να βρουν την απάντηση, ο Γουίλ Τζου και οι συνεργάτες του συνέκριναν τα μοτίβα ενεργοποίησης στον εγκέφαλο ποντικών κατά τη διάρκεια φυσιολογικών κύκλων ύπνου και εγρήγορσης, μετά από στέρηση ύπνου αλλά και κατά τον ύπνο αποκατάστασης.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ως δείκτη τη δραστηριότητα του γονιδίου Fos. Όταν ένας νευρώνας ενεργοποιείται, το συγκεκριμένο γονίδιο μπορεί να «ανάψει» και να οδηγήσει στην παραγωγή μιας αντίστοιχης πρωτεΐνης, επιτρέποντας στους επιστήμονες να εντοπίσουν ποιες περιοχές του εγκεφάλου έχουν ενεργοποιηθεί.
«Είδαμε ότι πολύ συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου συνδέονταν με την εγρήγορση», εξηγεί ο Τζου. Με αυτόν τον τρόπο οι ερευνητές μπόρεσαν να εντοπίσουν περιοχές των οποίων η δραστηριότητα αυξανόταν σε συνάρτηση με τον χρόνο που τα ποντίκια παρέμεναν ξύπνια.
Μία από τις περιοχές που ξεχώρισαν ήταν ο μέσος πυρήνας της ραφής (median raphe nucleus), όπου εντοπίστηκαν δύο διαφορετικοί πληθυσμοί νευρώνων. Πρόκειται για GABAεργικούς και σεροτονινεργικούς νευρώνες.
Η δραστηριότητα και των δύο ομάδων αυξανόταν όσο περισσότερο παρέμεναν ξύπνια τα ποντίκια, ενώ μειωνόταν ξανά όταν ξεκινούσε ο ύπνος. Οι GABAεργικοί νευρώνες σχετίζονται με τον νευροδιαβιβαστή GABA, ενώ οι σεροτονινεργικοί με τη σεροτονίνη.
Το εύρημα αυτό από μόνο του δεν αρκούσε για να αποδείξει ότι οι νευρώνες προκαλούν την ανάγκη για ύπνο. Θα μπορούσαν απλώς να καταγράφουν το γεγονός ότι τα ζώα είχαν μείνει ξύπνια για πολλές ώρες.
Έτσι, οι ερευνητές προχώρησαν ένα βήμα παραπέρα. Χρησιμοποίησαν ιούς για να μεταφέρουν γενετικό υλικό στους συγκεκριμένους νευρώνες, ώστε να μπορούν να ενεργοποιούν ή να αναστέλλουν τεχνητά τη λειτουργία τους.
Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά.
Όταν οι δύο ομάδες νευρώνων ενεργοποιήθηκαν τεχνητά, τα ποντίκια κοιμήθηκαν δύο έως τρεις φορές περισσότερο από τα ζώα της ομάδας ελέγχου. Παράλληλα, πέρασαν περισσότερο χρόνο σε μη-REM ύπνο βραδέων κυμάτων, δηλαδή στο στάδιο του βαθύτερου ύπνου που συνδέεται με την αποκατάσταση του οργανισμού.
Το φαινόμενο θύμιζε τον βαθύτερο και πιο παρατεταμένο ύπνο αποκατάστασης που εμφανίζεται στους ανθρώπους μετά από μια περίοδο μεγάλης στέρησης ύπνου.
«Δεν αυξάνεται μόνο ο χρόνος που το ζώο περνά κοιμισμένο, αλλά βελτιώνεται και η ποιότητα του ύπνου», σημειώνει ο Τζου.
Η αντίστροφη παρέμβαση έδωσε εξίσου εντυπωσιακά αποτελέσματα. Όταν οι ερευνητές ανέστειλαν τη λειτουργία των συγκεκριμένων νευρώνων, τα ποντίκια κοιμήθηκαν περίπου 70% λιγότερο από τα ζώα της ομάδας ελέγχου.
Τα ζώα παρέμεναν ξύπνια περίπου 6,5 επιπλέον ώρες κάθε ημέρα. Παρά τη σοβαρή έλλειψη ύπνου, δεν εμφάνισαν περισσότερες συμπεριφορές που συνδέονται συνήθως με το άγχος στα ποντίκια που στερούνται ύπνου. Ωστόσο, η χρόνια αναστολή των συγκεκριμένων νευρώνων είχε σοβαρό τίμημα: περίπου το 17% των ποντικών πέθανε, πιθανότατα λόγω της εξαιρετικά μεγάλης μείωσης του ύπνου.
Η ισχυρή επίδραση τόσο της ενεργοποίησης όσο και της αναστολής των νευρώνων δείχνει ότι δεν λειτουργούν απλώς ως «μετρητές» του χρόνου που έχει περάσει από την τελευταία φορά που κοιμηθήκαμε. Αντίθετα, φαίνεται πως αποτελούν ενεργό τμήμα του μηχανισμού που δημιουργεί την ανάγκη για ύπνο.
«Είναι κρίσιμοι για την προώθηση του ύπνου και μπορεί να αποτελούν βασικά στοιχεία των νευρωνικών κυκλωμάτων που δημιουργούν την πίεση για ύπνο», υποστηρίζει ο Σίερ.
Η μελέτη προσθέτει νέα στοιχεία σε ένα ολοένα μεγαλύτερο σώμα ερευνών που δείχνει ότι υπάρχουν διαφορετικά κυκλώματα στον εγκέφαλο τα οποία ενεργοποιούνται από την παρατεταμένη εγρήγορση και στη συνέχεια προωθούν τον ύπνο.
Ο Μαρκ Γου από το Πανεπιστήμιο Τζονς Χόπκινς, του οποίου η έρευνα έχει εξετάσει τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος παρακολουθεί το λεγόμενο «χρέος ύπνου», επισημαίνει ότι τα νέα ευρήματα ενισχύουν την εικόνα ενός πολύπλοκου συστήματος που υπολογίζει διαρκώς πόσο ύπνο χρειαζόμαστε και πόσο πραγματικά έχουμε κοιμηθεί.
Στη συγκεκριμένη έρευνα, οι νευρώνες του μέσου πυρήνα της ραφής φαίνεται να επικοινωνούν με περιοχές του εγκεφάλου που σχετίζονται άμεσα με τον έλεγχο του ύπνου. Οι νευρικές προεκτάσεις τους συνδέονται με τον προοπτικό υποθάλαμο, μια περιοχή που συνεργάζεται με άλλα κυκλώματα για τη ρύθμιση της εναλλαγής μεταξύ ύπνου και εγρήγορσης.
Ωστόσο, οι επιστήμονες προειδοποιούν ότι ο εγκέφαλος δεν διαθέτει έναν και μοναδικό «διακόπτη» ύπνου. Αντίθετα, υπάρχουν πολλαπλές νευρωνικές οδοί που συνεργάζονται, με διαφορετικούς τρόπους, για να μας κρατούν ξύπνιους ή να μας οδηγούν στον ύπνο.
«Η επίδραση αυτής της σημαντικής νευρωνικής οδού στον ύπνο είναι πολύ ισχυρή, αλλά, όπως έχουμε μάθει από τότε που ξεκινήσαμε να χειριζόμαστε τα νευρωνικά κυκλώματα, κάθε οδός έχει τις δικές της αποχρώσεις. Ο εγκέφαλος έχει πολλούς τρόπους για να ξυπνά και να αποκοιμιέται», εξηγεί ο Λουίς ντε Λεσέα από το Πανεπιστήμιο Στάνφορντ.
Ένα ακόμη σημαντικό ερώτημα παραμένει ανοιχτό: υπάρχουν άραγε οι ίδιοι πληθυσμοί νευρώνων και στον ανθρώπινο εγκέφαλο;
Οι ερευνητές δεν έχουν ακόμη την απάντηση. Η μελέτη έγινε σε ποντίκια και απαιτείται περαιτέρω έρευνα προτού μπορέσει να εξακριβωθεί αν υπάρχει αντίστοιχος μηχανισμός στον άνθρωπο. Αν όμως επιβεβαιωθεί, θα μπορούσε να προσφέρει έναν νέο στόχο για την ανάπτυξη θεραπειών σε ορισμένες διαταραχές ύπνου.
Το επόμενο βήμα είναι να κατανοήσουν οι επιστήμονες με μεγαλύτερη ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο οι συγκεκριμένοι νευρώνες επικοινωνούν με τις υπόλοιπες περιοχές του εγκεφάλου και πώς εντάσσονται στο ευρύτερο σύστημα που ελέγχει τον ύπνο.
Παράλληλα, οι ερευνητές εξετάζουν και άλλους πιθανούς μηχανισμούς. Πειράματα σε μύγες των φρούτων έχουν δώσει ενδείξεις ότι τα μιτοχόνδρια, οι κυτταρικές δομές που παράγουν ενέργεια, μπορεί επίσης να διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην έναρξη του ύπνου.
Έτσι, η νέα μελέτη δεν αποκαλύπτει απλώς δύο ομάδες νευρώνων που μπορούν να κάνουν ένα ποντίκι να κοιμηθεί. Προσφέρει ένα ακόμη κομμάτι στο μεγάλο παζλ του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλος αντιλαμβάνεται ότι έχουμε μείνει ξύπνιοι για πολύ καιρό και ενεργοποιεί τους μηχανισμούς που τελικά μας οδηγούν στον ύπνο.
Με πληροφορίες από το Newscientist / Nature
