آثار ترمیمی خواب عمیق بر مغز

به گزارش مجله خبری نگار، اما آزمایشی جدید روی موش‌ها این باور را به چالش کشیده است. گروهی از پژوهشگران راهی پیدا کرده‌اند که آثار ترمیمی خواب عمیق را به بخشی از مغز منتقل کنند، در حالی که حیوان کاملاً بیدار باقی مانده است.

فرآیند بازنشانی شبانه مغز در خواب عمیق

خواب عمیق زمانی برای پاکسازی و ترمیم مغز است. در طول خواب موج‌آهسته بدون رؤیا که بخش عمده شب را تشکیل می‌دهد، مغز از ارتباطات عصبی ارزشمند محافظت می‌کند، ارتباطات غیرضروری را هرس می‌کند.

این بازنشانی شبانه همان فرآیندی است که دکتر کیارا چیرلی، استاد روان‌پزشکی دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، سال‌ها به مطالعه آن پرداخته است.

این بار او تصمیم گرفت بررسی کند آیا مغز می‌تواند بدون خوابیدن نیز این بازنشانی را انجام دهد یا خیر.

بخشی از نقش خواب، کاهش فشاری است که در طول بیداری در اتصالات مغزی انباشته می‌شود. ساعت‌ها یادگیری باعث می‌شود این اتصال‌ها بیش از حد فعال شوند، خواب زمانی است که شدت فعالیت آنها دوباره تنظیم می‌شود.

درس‌هایی از دلفین‌های خواب‌آلود

طبیعت پیش‌تر نشانه‌هایی ارائه کرده بود که خواب الزاماً پدیده‌ای صفر و یکی نیست. برخی دلفین‌ها، فک‌ها، پرندگان می‌توانند یک نیم‌کره مغز را وارد خواب عمیق کنند، در حالی که نیم‌کره دیگر بیدار و هوشیار باقی می‌ماند.

مغز‌های خسته نیز نسخه کوچک‌تری از این پدیده را نشان می‌دهند. پس از بیدار ماندن طولانی، بخش‌هایی از مغز به‌طور موقت وارد فعالیتی شبیه خواب می‌شوند.

دانشمندان این وضعیت را «خواب موضعی» می‌نامند. مطالعه‌ای پیش‌تر این پدیده را در موش‌های محروم از خواب مشاهده کرده بود.

این رخداد‌های کوتاه و پراکنده چندان سودمند نبودند، حتی ممکن بود نتیجه معکوس داشته باشند و باعث شوند حیوان در زمان نامناسب در انجام وظایف خود دچار اشتباه شود.

تا پیش از این، هیچ‌کس نشان نداده بود که می‌توان این وضعیت را به‌صورت هدفمند حفظ کرد، در حالی که موجود زنده بیدار است از مزایای ترمیمی خواب بهره برد.

شبیه‌سازی ریتم خواب در مغز بیدار

برای آزمودن این ایده، پژوهشگران به سراغ نور رفتند. آنها با استفاده از اپتوژنتیک، روشی که برخی نورون‌ها را نسبت به نور حساس می‌کند، ایمپلنت‌های بسیار کوچکی را در یک سمت مغز موش‌ها قرار دادند که پالس‌های نوری تولید می‌کردند.

هر پالس، یکی از ریتم‌های شاخص خواب عمیق را تقلید می‌کرد. در این وضعیت، گروه‌های بزرگی از نورون‌ها برای لحظه‌ای با هم فعال می‌شوند، سپس همزمان خاموش می‌شوند. این چرخه روشن و خاموش شدن چندین بار در هر ثانیه تکرار می‌شود.

نور، این ریتم را به مدت ۳۰ دقیقه به مغز بیدار منتقل کرد.

در تمام این مدت، موش‌ها بیدار ماندند. پژوهشگران با وارد کردن اشیای جدید به قفس، آنها را به کاوش تشویق کردند تا از خوابیدنشان جلوگیری شود.

حتی هنگام اعمال تحریک نوری، حیوانات به‌طور طبیعی حرکت می‌کردند.

فراتر از کاهش ساده فعالیت مغزی

پس از آن، تیم پژوهشی اجازه داد موش‌ها بخوابند و فعالیت مغزشان را ثبت کرد. در سمتی که تحت درمان قرار گرفته بود، امواج آهسته خواب کوچک‌تر و کم‌تکرارتر از سمت دست‌نخورده بودند؛ موضوعی که پژوهشگران آن را نشانه کاهش نیاز به خواب تفسیر کردند.

البته توضیح ساده‌تری نیز وجود داشت؛ شاید این مزیت ناشی از کاهش فعالیت نورون‌ها باشد، نه خود ریتم خواب.

برای بررسی این احتمال، آنها فعالیت نورونی را برای همان مدت ۳۰ دقیقه سرکوب کردند، بدون آن‌که الگوی روشن و خاموش شدن حفظ شود.

اما هیچ تغییری رخ نداد. سمتی که تنها فعالیت آن کاهش یافته بود، تفاوتی با بخش درمان‌نشده نداشت. امواج آهسته، سایر شاخص‌ها نیز مشابه باقی ماندند.

اثر ترمیمی تنها زمانی ظاهر شد که نورون‌ها در الگوی ریتمیک شبیه خواب فعال و غیرفعال شدند. این موضوع نشان می‌دهد خود ریتم مسئول انجام این وظیفه بوده است.

بازنشانی مغز بدون خواب واقعی

این ریتم همچنین به کاهش فشار وارد بر ارتباطات مغزی کمک کرد. پژوهشگران پس از درمان، پروتئین‌هایی را اندازه‌گیری کردند که شاخص قدرت اتصالات عصبی محسوب می‌شوند. در سمت تحریک‌شده، سطح این پروتئین‌ها کاهش یافته بود.

نکته قابل توجه، میزان این کاهش بود. این افت با اثری که ۶ تا ۷ ساعت خواب واقعی بر همان پروتئین‌ها دارد برابری می‌کرد.

با این حال، این موش‌ها هرگز نخوابیده بودند. در واقع، نوعی بازنشانی مغز بدون خواب رخ داده بود.

همین نتیجه درباره تثبیت حافظه نیز مشاهده شد؛ فرآیندی که طی آن مغز آموخته‌های روز را سامان‌دهی و ذخیره می‌کند.

پژوهشگران موش‌های محروم از خواب را برای انجام وظیفه‌ای وابسته به خواب آموزش دادند. حیوانات وارد محیطی شدند که باید بافت کف آن را یاد می‌گرفتند. یک روز بعد، نیمی از آنها با بافت جدیدی مواجه شدند.

موش‌هایی که بافت قدیمی را به خاطر داشتند، زمان بیشتری را صرف بررسی بخش جدید کردند. موش‌های محروم از خوابی که این ریتم را دریافت کرده بودند دقیقاً همین رفتار را نشان دادند، مشابه حیواناتی که خواب طبیعی داشتند.

اما موش‌هایی که این تحریک را دریافت نکرده بودند، حافظه ضعیف‌تری از خود نشان دادند.

آیا انسان‌ها نیز می‌توانند از این روش بهره ببرند؟

تا پیش از این پژوهش، تصور می‌شد خواب کنترل انحصاری فرآیند ترمیم شبانه مغز را در اختیار دارد. اکنون شواهد روشنی، دست‌کم در موش‌ها، وجود دارد که نشان می‌دهد ریتم مناسب می‌تواند نیاز بخشی از مغز به خواب را کاهش دهد، ارتباطات آن را بازنشانی کند، حافظه آسیب‌دیده ناشی از کم‌خوابی را بهبود ببخشد.

چیرلی اکنون می‌خواهد بررسی کند آیا همین رویکرد در انسان نیز قابل اجرا است یا خیر؛ آن هم با استفاده از تحریک ملایم از بیرون جمجمه، بدون نیاز به جراحی و کاشت ایمپلنت.

انسان‌ها نیز هنگام خستگی شدید، نشانه‌های خواب موضعی را تجربه می‌کنند؛ پدیده‌ای که پژوهش‌های پیشین آن را مستند کرده‌اند؛ بنابراین هدف درمانی بالقوه واقعی به نظر می‌رسد.

اگر نسخه‌ای قابل اعتماد از این روش توسعه یابد، می‌تواند به افرادی که خواب کافی ندارند یا خواب آنها به دلیل افزایش سن، بیماری دچار اختلال شده است کمک کند تا بخش‌های نیازمند ترمیم مغز خود را بازسازی کنند.

با وجود این، احتمالاً خواب کامل مغز همچنان برای سلامت انسان ضروری خواهد بود.

نتایج این پژوهش در نشریه علمی Nature Neuroscience منتشر شده است.

نتیجه‌گیری

کشف امکان فعال‌سازی ترمیم مغز در بیداری می‌تواند درک ما از خواب را متحول کند. هرچند هنوز راه زیادی تا کاربرد انسانی این فناوری باقی مانده، نتایج اولیه نشان می‌دهد شاید روزی بتوان بخشی از مزایای خواب را بدون خواب واقعی به دست آورد. 

منبع:فوت و فن