Tech / Nauka
Tomasz Wiśniewski
Redaktor technologiczny. Interesuje się sztuczną inteligencją, startupami i nowymi mediami, a także odkryciami naukowymi. Wielbiciel science fiction i gier planszowych.
Mózg zużywa wyjątkowo dużo energii w porównaniu z większością innych narządów. Potrafi jednak dalej przetwarzać informacje, gdy energii jest mało, dostosowując sposób korzystania z dostępnych zasobów. Naukowcy wciąż próbują zrozumieć, jak mózg zarządza tym budżetem, przechodząc między różnymi stanami wewnętrznymi.
Sen to wygodny sposób badania tego zagadnienia. Choć ciało odpoczywa, mózg pozostaje aktywny, zwłaszcza w fazie snu z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM), z którą wiąże się śnienie i przetwarzanie pamięci. Sen REM bywa nazywany snem paradoksalnym, bo ciało jest niemal nieruchome, a aktywność mózgu przypomina czuwanie.
Zespół z Tohoku University opisał właśnie kolejny paradoks tej fazy. W trakcie snu REM pozorny dopływ energii do śniącego mózgu rośnie, a mimo to spada poziom ATP, czyli cząsteczki, z której neurony korzystają bezpośrednio. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Communications Biology.
„Czy zdarzyło się wam czuć wyczerpanie po żywym śnie?” – pyta profesor Ko Matsui z Tohoku University. „Sen może wyglądać na spokojny, ale mózg jest wtedy bardzo aktywny, szczególnie gdy śnimy. Zaintrygował nas ten paradoks i chcieliśmy sprawdzić naukowe podstawy tego, dlaczego śnienie bywa męczące”.
Badacze użyli żywicy utwardzanej światłem UV, aby czaszki myszy stały się przezroczyste i można było obserwować mózg podczas naturalnego snu. Za pomocą szerokopolowego obrazowania fluorescencyjnego śledzili zmiany objętości krwi w mózgu jako wskaźnik dopływu paliwa. Mierzyli też neuronalne ATP, a także pirogronian w astrocytach, kluczowy związek łączący glukozę z krwi z metabolizmem energetycznym w mózgu.
Sen non-REM znany jest z silnej aktywności neuronów w paśmie delta, ale występują w nim również mniejsze wahania w paśmie theta. Okazało się, że te zmiany w paśmie theta pozwalały przewidzieć przesunięcia objętości krwi w mózgu kilka sekund później. Taki wzorzec sugeruje, że śpiący mózg dostosowuje naczynia krwionośne do zmieniającej się aktywności neuronów i zapotrzebowania metabolicznego.
Inny wzorzec pojawił się przy przejściu ze snu non-REM do REM. Około 50 sekund przed klasycznie definiowanym początkiem snu REM objętość krwi w mózgu zaczynała rosnąć. Zmiana zaczynała się w korze tylnej, a następnie przesuwała do przodu, co wskazuje na proces o dużej skali, który może przygotowywać mózg metabolicznie do snu REM. Gdy faza REM się rozpoczęła, rósł również pirogronian w astrocytach. Wzrost ten był zgodny albo z większą dostępnością paliwa metabolicznego, albo ze zwiększoną glikolizą w astrocytach.