Zobudíte sa, sladko sa tiahnete v mäkkej posteli, vstanete a uvidíte cez obrovské okno slnko vychádzajúce nad oceánom, biely piesok na pláži a palmy. Otvorenými dverami lodžie fúka čerstvý morský vánok a zaznie zvuk surfovania. Pijete aromatickú čerstvo mletú kávu, necháte dvere dvojpodlažnej vily, nastúpite do auta s chovným koňom na kapote, otočíte kľúčom a ušľachtilým hukotom motora V8 … Nakoniec sa zobudíte zvonením budíka.
Znovu zákerný mozog nás prinútil veriť v realitu toho, čo sa stalo. Ako to však robí? Ako je možné, aby človek ležal takmer nehybne sedem alebo viac hodín, zatiaľ čo ukazuje najzaujímavejšie senzory s vzrušujúcim dejom? Dôvodom sú najzložitejšie biochemické procesy, do ktorých nie je zapojená jedna alebo dve mozgové štruktúry, ale celá sieť. Ako dochádza k interakcii a „prepnutiu“bdelosti na spánok? Ako sa vyvíja spánok a kedy prichádzajú sny? Prečo sa niekedy prebudením z budíka cítime schopní pohybovať sa horami a niekedy podráždene pripravení zničiť všetko okolo?
Cez závoj času
Somnológia - veda, ktorá študuje spánok - sa objavila pomerne nedávno, pretože vek prvého základného výskumu v „morfskom kráľovstve“nepresahuje 120 rokov. Predtým mal spánok mystický význam ako hraničný stav medzi životom a smrťou. Aristoteles povedal: „Zrejme spánok patrí do takých stavov, ako je napríklad hranica medzi životom a nie životom a spiaci človek neexistuje úplne a existuje.“Hippokrates, veľký lekár staroveku, veril, že spánok nastáva v dôsledku odtoku krvi a tepla z hlavy do vnútorných oblastí tela. Toto vysvetlenie ovládlo mysle európskych vedcov a bolo verené takmer dvetisíc rokov. Hippocrates mal pravdu: v hlave sa museli hľadať príčiny ponorenia človeka do sveta snov.
Sieť na reguláciu spánku funguje ako spúšť bez medzipoloh. Tento mechanizmus je možný vďaka vzájomnému prepojeniu centier zaspávania a prebudenia. Len čo jedna zo strán získa výhodu, celý systém sa okamžite dostane do opačného stavu. Aby sa orexín každú minútu neprepínala tam a späť, stimuluje všetky centrá bdelosti bez toho, aby potlačila centrum spánku. Táto mierna nerovnováha sťažuje prechod len tak, aby sme relatívne zriedka prešli zo spánku na bdelosť a naopak. Pre prechod na spánok je potrebné, aby sa excitačný systém oslabil a aktivita spánkového centra sa zvýšila. Tento pomalý proces je každému známy ako postupné zvyšovanie únavy.
A teraz prišlo dvadsiate storočie. V Nemecku je pacient prijatý na kliniku profesora Strumpela, ktorý čiastočne stratil zrak a sluch v dôsledku traumatu - hluchota v jednom uchu a slepá v jednom oku. Lekári si všimli, že keď boli obe zostávajúce „okná do sveta“zatvorené, pacient zaspal. O tieto pozorovania sa začal zaujímať slávny fyziolog Pavlov a rozhodol sa uskutočniť podobné experimenty so svojimi obľúbenými predmetmi - psami. Zistil, že ak vylúčite neustály prílev impulzov zo zmyslov do mozgovej kôry, nastane spánok. Vedec tiež skúmal účinky monotónnych podnetov, opakovane sa opakujúcich svetelných dotykov na koži stehna zadnej labky. Takmer vždy utratili zvieratá, a to dávalo výskumnému pracovníkovi právo veriť, že spánok je podmienená inhibícia, ktorá sa šíri široko cez mozgovú kôru,ktorý je určený na ochranu mozgu psa pred nadmerným opakovaním akéhokoľvek podráždenia.
Propagačné video:
Ďalším krokom k prekonaniu tajomstiev spánku bol vznik metódy elektroencefalografie (EEG). V roku 1905 nemecký fyziolog Hans Berger prvýkrát zaznamenal sínusové oscilácie elektrického potenciálu s frekvenciou 8 - 11 Hz v pokojnom stave so zavretými očami, najvýraznejšie v týlnych oblastiach mozgu. Tieto výkyvy sa nazývajú alfa rytmus.
Nástup a trvanie spánku sú regulované komplexnými fyziologickými procesmi, medzi ktorými sú dva hlavné - homeostatická potreba spánku (tzv. Proces S, šípky nadol) a vnútorné hodiny (proces C, šípky nahor na obrázku). Žltá čiara zobrazuje „súčet“týchto dvoch procesov.
V tridsiatych rokoch sa situácia trochu vyjasnila: vedci, ktorí prerušili mozgový kmeň mačky na úrovni stredného mozgu, spôsobili zvieraťu kómu - stav podobný spánku. Súčasne sa na EEG mačky pozorovali pomalé elektrické kmitania, ktoré sa neskôr nazývali „ospalé vretená“(kresba pripomínala vreteno obrátené hore nohami). Keď bol mozog odrezaný na úrovni prvých krčných segmentov, pričom sa oddeľovala miecha od mozgu, bolo možné získať takzvanú prípravu prebúdzajúceho sa mozgu: mačka sledovala objekty, ktoré sa pred ňou pohybovali očami, a EEG vykazovala oscilácie s frekvenciou 14 - 30 Hz (beta rytmus). Ukázalo sa, že v mozgu zvierat existujú rôzne štruktúry - zodpovedné za zaspanie a za prebudenie.
Centrum veselia
Koncom 19. storočia Vladimir Bekhterev a Santiago Ramon y Cajal opísali štruktúry mozgového kmeňa mačky zodpovedné za stav bdelosti, ktorý videl v strede mozgového kmeňa otvorený zväzok neurónov preniknutý nervovými vláknami. Prečo je však táto formácia potrebná, taliansky neurovedec Giuseppe Moruzzi a americký neurológ Horace Magun založili až v druhej polovici dvadsiateho storočia. Túto štruktúru nazvali retikulárna formácia („retikula“v latinčine znamená „sieť“). Jadrá sa nachádzajú v mozgovom kmeni, ktoré samy o sebe sústreďujú všetky impulzy zo senzorických receptorov smerujúcich do mozgu. Dlhé procesy (axóny) neurónov retikulárnej formácie sú spojené s mozgovou kôrou a neurónmi miechy. Nervové vlákna z kôry a miechy tiež prechádzajú do sietnice samotnej,takže sa vytvára komplexný systém spätnej väzby. Signály z retikulárnej formácie (retikulárny výtok) spúšťajú mechanizmy bdelosti v mozgovej kôre a kôra zase riadi stav retikulárnej formácie.
Rakva so spánkom
V roku 1990 vyšiel film Prebudenie na základe rovnomennej knihy slávneho psychiatra Olivera Sachsa. Hovorí o zvláštnej skupine 80 starších pacientov, ktorí trpia neznámym ochorením podobným autizmu alebo Parkinsonovej chorobe viac ako 40 rokov. Sachsov pacienti boli poslednými prežívajúcimi obeťami záhadnej epidémie, ktorá sa náhle začala v Európe v zime 1916-1917, potom sa rozšírila do celého sveta a zabila 5 miliónov ľudí v období po prvej svetovej vojne. Pacienti upadli do náhlej apatie a trpeli vysokou horúčkou, poruchami zraku a halucináciami. Potom sa ochorenie zmenilo na chronickú formu a bolo sprevádzané veľkým množstvom rôznych klinických prejavov. Všetky formy však mali spoločnú jednu vec - poruchu spánku. Túto skutočnosť zdal zaujímavý viedenský neurológ Barón Konstantin von Economo. Zistil, že niektorí pacienti spali príliš veľa týždňov, mesiacov, zobúdzali sa len na pitie a jedenie, zatiaľ čo iní úplne stratili spánok. Pri pitve vedec našiel podobný anatomický obraz: v určitej oblasti diencephalonu u pacientov došlo k masívnej smrti nervových buniek.
Táto oblasť mozgu sa nazýva hypotalamus, pretože sa nachádza pod talamom, oblasťou mozgu, ktorá prerozdeľuje signály zo zmyslov. Keby sme mohli vložiť ukazovák priamo do hlavy na úrovni nosa, potom by sme odpočívali presne v diere, kde sa nachádza - „turecké sedlo“. Hypotalamus je jedným z najdôležitejších centier, ktoré kontrolujú autonómny nervový systém a regulujú najmä telesnú teplotu, krvný tlak, chuť do jedla, sexuálnu túžbu a smäd. Economo to všetko nevedel. Mal však podozrenie, že musí existovať centrum, ktoré riadi spánok. "Zrejme, - uzavrel vedec, - tieto bunky robia niečo, vďaka čomu zaspíme."
Vďaka výskumu Clifforda Seipera z Harvardskej univerzity v Bostone sa teraz zistilo, že hypotalamus má skutočne špeciálnu oblasť, ktorá sa aktivuje pri zaspávaní - ventrolaterálna predoptická oblasť (VLPO). Axóny neurónov z VLPO klesajú do oblastí, ktoré podporujú bdelosť. Naopak, aby sme zabránili zaspávaniu, musí byť centrum ráznosti spojené s hypotalamom, aby nervové vlákna smerovali zdola nahor.
Seiper a jeho kolegovia dospeli k záveru, že bunky v prednej časti hypotalamu sú spánkovým centrom, ktoré využíva ich axóny na potlačenie centier prebudenia v mozgovom kmeni, ktorý zahŕňa strednú mozgu a poníky. Tento proces nakoniec vedie k zaspávaniu. „Možno je to kľúč k celému mechanizmu, ktorý prostredníctvom hypotalamu riadi stav spánku a bdelosti,“napísal neurológ. V roku 2005 sa objavil moderný koncept spánku, ktorý Siper publikoval vo svojom článku v časopise Nature. Podľa tohto konceptu je celý „spánkový systém“sieť niekoľkých vzájomne prepojených uzlov, ktoré sa v určitých časových obdobiach špeciálne prepínajú a regulujú spánok a bdelosť.
Konfrontácia mozgu
Prvá časť všeobecného systému spánku a bdenia je inhibičný systém. Toto je VLPO v prednom hypotalame, z ktorého je do systému bdelosti vysielaná inhibičná vlna, čo vedie k prenosu mozgu do „režimu spánku“. Z hľadiska biochémie je hlavnou „brzdovou kvapalinou“systému kyselina gama-aminomaslová (GABA). Pôsobením na špeciálne receptory potláča aktivitu neurónov. Receptory GABA sú kanál v bunkovej membráne obklopený veľkými proteínovými molekulami, ktoré môžu meniť svoju priestorovú štruktúru (relatívne vzaté, „rozložené“alebo „rozložené“). Keď sa GABA viaže na receptory, zvyšuje sa lúmen kanála, prechádza ním viac chlórových iónov, čo vedie k zníženiu elektrickej vodivosti bunkovej membrány, čím sa stáva menej citlivým na elektrické vplyvy. A to vedie k potlačeniu impulznej aktivity - bunka „znižuje rýchlosť“z rýchleho cvalu na pokojný „krok“.
Druhou časťou systému je budiaci systém, ktorý je založený na ôsmich nervových uzloch, ktoré tvoria dva paralelné zväzky. Cez ne sa vedú excitačné vlny do mozgovej kôry. Jeden zväzok začína v retikulárnej formácii (toto je brainstém), druhý v tzv. Modrej škvrne (Locus coeruleus). Bunky tu produkujú väčšinu excitačného neurotransmitera norepinefrínu v mozgu. Táto oblasť je zodpovedná za výskyt strachu a paniky, ako aj za veľkú časť nášho vzrušenia.
Existujú ďalšie neurotransmitery (dopamín, serotonín a ďalšie), ale sú spojené s rôznymi procesmi v mozgu. Existuje však ďalší špecifický spánkový neurotransmiter. Bočný (laterálny) hypotalamus obsahuje niekoľko desiatok tisíc nervových buniek, ktoré produkujú špeciálny neurotransmiter, orexín (hypokretín). Biochemici túto látku izolovali až v roku 1998. Ak je príliš málo orexínu alebo ak mozog nemá zodpovedajúce molekuly receptorov, vyskytuje sa zriedkavé ochorenie - narkolepsia, ktorá sa vyznačuje náhlym záchvatom ospalosti a zaspaním.
Deň, noc - deň preč
Je to však iba časť mechanizmu spánku. Rovnako ako celá živá príroda aj ľudia žijú v súlade so svojimi vlastnými vnútornými rytmami, ktoré sú viazané na denné a nočné cykly. Je čas, keď je človek náchylný na spánok, a je čas na aktívnu prácu. Telo má „biologické hodiny“- melatonergický systém. Hlavnými hráčmi v ňom sú suprachiasmálne jadrá hypotalamu a epifýza (epifýza), ktoré sa nachádzajú v strednej oblasti mozgu.
Keď svetlo zasiahne sietnicu, informácie o tom idú do suprachiasmálnych jadier hypotalamu (malé hodiny) a potom, keď prejde dlhú cestu, vstúpi do epifýzy alebo do takzvaného tretieho oka, ktoré slúži mnohým zvieratám, napríklad plazom a vtákom. detektor hladiny svetla. U ľudí sa v procese evolúcie veľké hemisféry mozgu významne zvýšili, uzavreli epifýzu a stratil kontakt so svetlom. Príroda musela „vymyslieť“všetok tento komplexný a súčasný spôsob regulácie syntézy „ospalého“hormónu.
Šišinka vytvára melatonín, hormón noci a tmy. Keď večer večer klesne hladina svetla, uvoľní sa melatonín, ktorý signalizuje bunkám, aby „končili deň“. Jeho hlavnou funkciou je inhibičný účinok na suprachiasmatické jadrá, prostredníctvom ktorých sú aktivované systémy bdelosti.
Tento proces sa dá porovnať s činnosťou termostatu, ktorý udržuje určitú teplotu v chladničke. Čím dlhšie prežívame aktívny život, tým silnejšie je v spánkovom centre nutkanie prepnúť prepínač do režimu spánku. Čím dlhšie spíme, tým menšia je potreba spánku, takže v určitom okamihu preberie systém bdelosti a prebudíme sa a cítime sa, akoby sme spali. Tento model regulácie sa nazýva dvojfaktorový a vyvinul ho v roku 1982 vedúci Katedry psychofarmakológie a somnológie na univerzite v Zürichu Alexander Borbeli. Podľa nej je naša potreba spánku v určitom časovom okamihu výsledkom interakcie chronobiologických a homeostatických (udržiavajúcich vnútornú rovnováhu) faktorov. Vedec nazval tieto komponenty procesom S a procesom C. Proces S je homeostatická zložka potreby spánku a proces C je vplyv vnútorných hodín, ktorých hlavnou úlohou je nechať noc na dlhý spánok.
„Proces S je naopak ako presýpacie hodiny,“hovorí Borbeli. - Počas bdelosti sa piesok naleje zhora do dolnej nádoby, keď zaspávajú, hodiny sa prevrátia. Preto je pre pocit dobrého odpočinku dôležité nielen to, koľko času sme spali v rade, ale aj to, koľko času sme strávili počas dňa, aby sme vytvorili zložku S. A to má dobrú praktickú aplikáciu, ktorá je mnohým známa: ak viete, že v ďalšom v noci nebudete mať dostatok spánku, môžete sa pokúsiť spať skoro v polovici predchádzajúceho dňa. A potom sa budete cítiť oveľa lepšie.
A to je len zbežný pohľad na systém zodpovedný za spánok. Ako hovorí jürgen Zulli, somnológ z Regensburgu, „spánok nie je odpočinok, je to iná bdelosť.““
Anna Horuzhaya