Dlaczego ludzie śpią i co dzieje się w mózgu i ciele podczas nocy

Naukowcy wciąż debatują nad jedynym ewolucyjnym powodem, dla którego ludzie śpią przez mniej więcej trzecią część swojego życia, ale dziesięciolecia badań szczegółowo odwzorowały, co mózg i ciało faktycznie robią podczas snu. Dwa procesy dominują: mózg przechodzi przez odrębne etapy elektryczne, a przez całą noc wykonuje prace konserwacyjne, które trudno przeprowadzić w stanie czuwania.

Noc zbudowana jest z powtarzających się cykli 90-minutowych

Sen alternuje między snem nie-REM (NREM) i snem REM (szybki ruch gałek ocznych), zgodnie z Krajowym Instytutem Zdrowia Dziecka i Rozwoju Człowieka (NICHD) w USA. Sam sen NREM ma trzy etapy: etap 1 to krótki przejście do snu; etap 2 przynosi wolniejsze fale mózgowe i spadek temperatury ciała; etap 3 to głęboki sen, charakteryzujący się najniższym tętnem i oddechem oraz uwalnianiem hormonu wzrostu do regeneracji tkanek.

Sen REM rozpoczyna się około 90 minut po zaśnięciu. Oczy poruszają się szybko, oddech staje się szybki i nieregularny, większość mięśni jest tymczasowo sparaliżowana, a mózg staje się bardzo aktywny — stan, który NICHD wiąże z nauką i konsolidacją pamięci. Pełny cykl NREM-REM trwa około 90 minut i powtarza się kilka razy w ciągu nocy, zgodnie ze Sleep Foundation, niekomercyjną organizacją zajmującą się informacją zdrowotną. Głęboki sen dominuje we wczesnych cyklach; w miarę postępu nocy głęboki sen się skraca, podczas gdy okresy REM się wydłużają, tak że w końcowych cyklach śpiący spędza prawie cały czas na etapie 2 i REM, zgodnie z NICHD.

Przez całą noc sen NREM stanowi 75 do 80 procent całkowitego czasu snu, przy czym sam etap 2 odpowiada mniej więcej połowie, jak informuje Sleep Foundation. Sen REM stanowi resztę.

Mózg lekko się zmniejsza, aby się oczyścić

Jedno z najwyraźniejszych odkryć funkcjonalnych pochodzi z badania z 2013 roku w czasopiśmie Science prowadzonego przez zespół neuronaukowca Maikena Nedergaarda z Uniwersytetu w Rochester. Naukowcy zidentyfikowali to, co nazwali systemem glimfatycznym, sieć, która wykorzystuje płyn mózgowo-rdzeniowy przepływający przez kanały wokół naczyń krwionośnych, aby usuwać metaboliczne odpady z tkanki mózgowej, zgodnie z relacją Medycznego Centrum Uniwersytetu w Rochester (URMC).

Zespół odkrył, że komórki mózgu zmniejszają się o około 60 procent podczas snu, otwierając więcej przestrzeni między komórkami dla przepływu płynu, i że system był prawie dziesięć razy bardziej aktywny podczas snu niż podczas czuwania, jak doniosło URMC. W tym samym badaniu mózgi śpiące usunęły więcej beta-amyloidu, białka związanego z chorobą Alzheimera, niż mózgi czuwające. Neuroprzekaźnik noradrenalina wydaje się pomagać w wyzwoleniu zmiany wielkości komórki, zgodnie z tym samym raportem, chociaż naukowcy zauważają, że pełny obraz regulacyjny jest wciąż opracowywany.

Dwa oddzielne zegary decydują, kiedy czujesz senność

Timing snu jest kontrolowany przez dwa współdziałające systemy, zgodnie z BrainFacts.org, zasobem edukacji publicznej od towarzystw neuronauki, w tym Society for Neuroscience. Pierwszy to zegar circadian, kierowany przez suprachiasmatyczne jądro (SCN), skupisko komórek nerwowych w podwzgórzu. Komórki SCN zawierają 'białka zegara', które cyklują mniej więcej co 24 godziny i otrzymują sygnały świetlne bezpośrednio z siatkówki, dlatego właśnie zegar można resetować poprzez ekspozycję na światło dzienne lub przecinanie stref czasowych.

Drugi system to ciśnienie snu homeostatycznego, napędzane przez adenozinę, substancję chemiczną, która kumuluje się w mózgu, im dłużej osoba pozostaje czuwa. Kiedy adenozyna wiąże się z receptorami na komórkach mózgu związanych z pobudzeniem, osłabia ich aktywność i zwiększa senność; sen oczyszcza nagromadzenie. Kofeina działa poprzez blokowanie tych samych receptorów adenozyny, dlatego opóźnia uczucie senności bez wyeliminowania podstawowego deficytu snu, zgodnie z BrainFacts.org.

Ile snu jest zalecane i co się dzieje bez niego

Centra Kontroli i Zapobiegania Chorobom w USA (CDC) publikują rekomendacje dotyczące czasu trwania snu w zależności od wieku, odtworzone poniżej.

CDC stwierdza, że stałe otrzymywanie mniej niż zalecanej ilości jest powiązane z wyższym ryzykiem cukrzycy typu 2, chorób serca, wysokiego ciśnienia krwi i udaru, oraz że wystarczający sen jest powiązany z mniejszą liczbą chorób, lepszą regulacją nastroju i niższym ryzykiem wypadków samochodowych.

Co pozostaje nieznane

Wyniki badań oczyszczania glimfatycznego pochodzą z badań na myszach; relacja URMC zauważa, że mechanizm jest uważany za wiarygodne wyjaśnienie części regeneracyjnej funkcji snu u ludzi, oraz że potwierdzenie jego dokładnej roli w ludzkiej chorobie neurodegeneracyjnej pozostaje aktywnym obszarem badań. Podobnie agencje, w tym NICHD, opisują konsolidację pamięci i regenerację tkanek jako ustalone skojarzenia określonych etapów snu, a nie jedną udowodnioną 'cel' snu jako całości.