Znajdź zawartość

Wiele osób, gdy dopada je popołudniowa senność, a drzemka w biurze lub na uczelni jest przecież wysoce niewskazana, sięga po coś słodkiego. Okazuje się jednak, że to nie cukier, ale białko podtrzymuje stan czuwania oraz reguluje wydatkowanie energii, sprzyjając zachowaniu szczupłej sylwetki. Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge sprawdzali, jak poszczególne składniki odżywcze wpływają na neurony oreksynowe - grupę komórek podwzgórza i pnia mózgu (ich zmniejszona aktywność skutkuje narkolepsją, wiąże się też ze wzrostem wagi). Podczas eksperymentów na myszach okazało się, że aminokwasy stymulują neurony oreksynowe silniej niż cokolwiek innego. Impulsy elektryczne generowane przez neurony oreksynowe pobudzają stan czuwania i mówią ciału, by spalało kalorie. Zastanawialiśmy się, czy składniki odżywcze mogą zmieniać te impulsy - wyjaśnia dr Denis Burdakov z Instytutu Nauk Metabolicznych. Ponieważ neuronów oreksynowych jest niedużo i trudno je znaleźć, Brytyjczycy oznakowali je fluorescencyjnym markerem. Później wprowadzali różne składniki odżywcze, m.in. kombinację aminokwasów występującą w białku jaja kurzego, i śledzili aktywność interesujących ich komórek nerwowych. Wcześniejsze badania tej samej grupy wykazały, że glukoza blokuje komórki oreksynowe, co uznano zresztą za przyczynę senności poposiłkowej. Kiedy tym razem przyglądano się oddziaływaniom między cukrem a aminokwasami, okazało się, że aminokwasy zapobiegają blokowaniu neuronów oreksynowych przez glukozę. Burdakov i inni cieszą się, że dzięki ich eksperymentom wyjaśniło się, czemu posiłki białkowe sprawiają, że ludzie czują się bardziej czujni i mniej wyciszeni niż po posiłkach węglowodanowych. To ekscytujące, że decydując, co chcemy zjeść, dysponujemy racjonalnymi metodami dostrajania wybranych komórek mózgu, by były bardziej lub mniej aktywne. Aby zwalczyć otyłość i bezsenność, które dręczą współczesne społeczeństwo, potrzebujemy więcej informacji o tym, jak dieta wpływa na sen i komórki sterujące apetytem. Obecnie badania sugerują, że jeśli masz wybór między tostem z dżemem a tostem z jajkiem, wybierz drugą opcję. Nawet jeśli oba zawierają zbliżoną liczbę kalorii, odrobina białka powie organizmowi, żeby po posiłku spalił ich więcej - podsumowuje Burdakov.

Kiedyś wydawało się, że rozregulowane rytmy biologiczne w depresji, zaburzeniach obsesyjno-kompulsywnych czy różnego rodzaju uzależnieniach, które prowadzą do zmiany cyklu snu i czuwania czy rytmów hormonalnych, to skutek procesu patologicznego leżącego u podłoża choroby. Najnowsze analizy wskazują jednak, że tak naprawdę mogą one być przyczynami i najpierw szwankuje zegar biologiczny, a dopiero później pojawiają się zaburzenia neuropsychiatryczne. Jerome S. Menet i prof. Michael Rosbash z Brandeis University dokonali przeglądu badań na ten temat, m.in. na myszach funkcjonujących na symulowanych nocnych zmianach. Analizowali aktywność zegarów komórkowych w różnych częściach mózgu. Okazało się, że zmieniła się ona w obrębie hipokampa, który jest zaangażowany m.in. w procesy pamięciowe, oraz odpowiadającego za emocje ciała migdałowatego. W innych wziętych pod uwagę przez Amerykanów eksperymentach hodowano myszy bez zegarów biologicznych oraz takie, które naprzemiennie wystawiano na oddziaływanie 10 godzin ciemności i 10 godzin światła dziennego. Naukowcy zauważyli, że zwierzęta z rozregulowanymi bądź genetycznie wyeliminowanymi rytmami biologicznymi były bardziej podatne na uzależnienie od narkotyków, nadaktywność, bezradność oraz zaburzenia snu. Niemal wszystkie struktury w mózgu mają zegary komórkowe – podkreśla Menet. Otrzymują one rytmiczne informacje, np. w postaci hormonu melatoniny, który jest wydzielany w ciemnościach przez szyszynkę i reguluje cykl snu-czuwania. U ludzi pracujących na zmiany działanie zegarów w całym ciele, w tym w mózgu, ulega zaburzeniu. Współczesny tryb życia prowadzi do aktywności czy jedzenia w okresie, który powinien być fazą spoczynkową. Wewnętrzne sygnały są więc generowane w niewłaściwym czasie, sprzecznym z sygnałami płynącymi z otoczenia, których timing pozostaje niezmienny. Kiedy wadliwie działa zegar w obrębie wątroby, u danej osoby może się rozwinąć zaburzenie metaboliczne, np. otyłość. Kiedy to samo dzieje się z zegarem w obrębie mózgu, ktoś staje się bardziej podatny na zaburzenia psychiczne.

Białko NOTCH, które pomaga we wczesnym rozwoju mózgu, może zwalczyć stan rozproszenia wywołany pozbawieniem snu (Current Biology). To interesujące, że NOTCH, białko odgrywające tak ważną rolę w rozwoju, spełnia także istotne funkcje w dorosłym mózgu. Ku swojemu zaskoczeniu odkryliśmy, że gdy aktywność NOTCH ulega wzmocnieniu w mózgach pozbawionych snu muszek owocowych, owady mogą pozostać czujne i uczyć się w sytuacji deprywacji. Zachowują się, jakby dobrze przespały całą noc – opowiada dr Paul Shaw ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Washingtona w St. Louis. Badania Shawa mają wspomóc ludzi zmuszonych do pracy w warunkach skrajnego ograniczenia snu, np. udzielających pomocy ofiarom kataklizmów czy żołnierzy. Akademicy badali zdolność uczenia owocówek, łącząc w pary bodźce negatywne (chininę, której owady wolą unikać) z pozytywnymi (światłem, którego muszki instynktownie poszukują). Kiedy owocówkom dano do wyboru rurę zaciemnioną oraz rurę oświetloną, lecz z chininą w środku, owady uczyły się tłumić naturalną pokusę, by podążyć w stronę światła. Niestety, podobnie jak ludzie, muszki owocowe wykazują w ciągu dnia stopniowy spadek wydajności intelektualnej. Dłuższe pozbawienie snu sprawia, że spadek zdolności poznawczych jest ostrzejszy. Shaw zainteresował się NOTCH, gdy zauważył, że pozbawienie snu prowadzi u Drosophila melanogaster do zwiększonej aktywności genu hamującego działanie NOTCH. Podobny mechanizm wykryto później u ludzi. Zespół z St. Louis wykazał następnie, że po genetycznych manipulacjach prowadzących do wyłączenia tłumiącego genu (supresora) aktywność NOTCH rosła, dzięki czemu muszki mogły się nadal uczyć mimo braku snu. Aby dokładniej poznać rolę NOTCH, Shaw i dr Laurent Seugnet z Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon sprawdzali, w jakiej dokładnie części mózgu powstaje to białko. Okazało się, że u dorosłych D. melanogaster NOTCH wytwarzały komórki gleju. Co ciekawe, zazwyczaj glej jest postrzegany jako bierne wsparcie, także żywieniowe, dla neuronów. Shaw uważa, że w świetle wyników uzyskanych przez amerykańsko-francuski zespół trzeba będzie przedefiniować rolę spełnianą przez glej i uznać, że aktywnie oddziałuje on na różne procesy, w tym na sen. By zmniejszyć lub spowolnić deficyty poznawcze związane z wydłużonym okresem czuwania, co bardzo przyda się ratownikom czy kontrolerom ruchu lotniczego, w przyszłości wystarczy wpłynąć na glej.

Podczas snu ptaki co pewien czas otwierają oczy. Robią to jednak rzadziej niż w czasie czuwania, nietrudno się więc domyślić, że łatwiej je wtedy upolować. Powstaje też pytanie, czy wzorce snu są podyktowane indywidualnymi doświadczeniami, czy też ptaki kierują się postępowaniem sąsiadów w kolonii. Dr Guy Beauchamp z Uniwersytetu w Montrealu zauważył, że mewy śledzą poczynania sąsiadów i w ten sposób stwierdzają, kiedy bezpiecznie jest zasnąć. Kanadyjczyk obserwował mewy odpoczywające w okolicach zatoki Fundy. Notował, jak często konkretne ptaki spały w obrębie kolonii. Łatwo to ustalić, ponieważ mewy zazwyczaj śpią z dziobem wciśniętym w pióra. Co 1-2 min wyliczałem proporcję śpiących ptaków w grupie. Okazało się, że mewy, których sąsiedzi byli bardziej czujni, częściej otwierały oczy podczas snu. Mewy zwracają zatem uwagę na to, co robią sąsiedzi i dostosowują do tego swoje wzorce snu. Beauchamp podkreśla, że przez kolonię przechodzą fale snu: odsetek śpiących ptaków raz rośnie, a raz opada. Nikt wcześniej tego nie udokumentował. Fale snu wystąpiłyby tylko wtedy, gdyby naśladownictwo odgrywało ważną rolę. Badania zespołu z Montrealu potwierdzają teorię, zgodnie z którą czuwanie u zwierząt jest zjawiskiem społecznym.

Ptaki są jedynymi zwierzętami poza ssakami, u których rejony mózgu szczególnie aktywne podczas czuwania śpią później głębiej. Naukowcy z Instytutu Ornitologii Maxa Plancka w Seewiesen nie pozwalali gołębiom na popołudniową drzemkę, wyświetlając im filmy z serii Davida Attenborough Życie ptaków. Podczas 8-godzinnej sesji kinowej jedno oko zwierzęcia zasłaniano, a drugie nakierowywano na ekran. Gdy ptak zasypiał, delikatnie go poszturchiwano. W nocy obserwowano głębszy sen w częściach mózgu związanych ze stymulowanym okiem, w porównaniu do analogicznego regionu drugiej półkuli. Jak można się domyślić, w przypadku obszarów niewzrokowych nie odnotowano podobnej asymetrii snu. Skąd takie zjawisko u ptaków? Poza ssakami, są one jedynymi zwierzętami, których sen jest podzielony na sen wolnofalowy, spokojny (oznaczany jako SWS, od ang. slow wave sleep, lub NREM, od ang. non-REM sleep) oraz sen paradoksalny, aktywny, oznaczany jako PS (od ang. paradoxical sleep) lub REM (od ang. rapid eye movements sleep). W czasie SWS mózg generuje silne sygnały elektryczne, widoczne w zapisie EEG jako fale o wysokiej amplitudzie i niskiej częstotliwości. U ssaków intensywność snu SWS spada lub wzrasta jako funkcja czasu spędzonego wcześniej, odpowiednio, na czuwaniu lub śnie. Teraz po raz pierwszy Niemcy wykazali istnienie analogicznego efektu również u ptaków. W sytuacji pozbawienia snu gołębie spały mocniej. U ptaków obserwowaliśmy ssakopodobny "miejscowy sen". Najprawdopodobniej więc główną funkcją snu wolnofalowego jest regeneracja mózgu – podsumowuje John Lesku, główny autor studium.

W czasie dnia przestajemy adekwatnie postrzegać kolory. Na szczęście sen odnawia percepcję barw. Bhavin Sheth z University of Houston opowiada, że wcześniejszy stan czuwania powoduje, że szary zyskuje nieznaczne, lecz istotne statystycznie zielonkawe zabarwienie. Jak twierdzą Amerykanie, sen umożliwia powrót do achromatycznej równowagi i szary znów staje się wyłącznie szary. Akademicy chwalą się, że przed nimi prawie nikt nie badał wpływu snu na percepcję. Omawiane studium objęło 5 osób. Prezentowano im obejmujący całe pole widzenia homogeniczny bodziec o lekkim czerwonawym lub zielonkawym odcieniu. Badani musieli ocenić, czy jest on bardziej czerwony/zielony od ich wewnętrznego wzorca neutralnej szarości. W zależności od tego, czy jednooczny test przeprowadzano tuż przed udaniem się na spoczynek, czy po 7,7-godz. śnie, uzyskiwano różne wyniki. Dalsze dociekania wykazały, że całonocna jednooczna stymulacja migającym czerwonym bodźcem nie prowadziła do zniesienia resetującego działania snu. Po śnie achromatyczny bodziec dalej był klasyfikowany jako pozbawiony zielonkawego zabarwienia. Nie odnotowano istotnej statystycznie różnicy w wielkości resetującego efektu dla każdego z oczu. W związku z tym Sheth i inni uważają, że odnawianie poprawnego widzenia barw jest procesem wewnętrznym, w dużej mierze niezależnym od zewnętrznej stymulacji monochromatycznej.

Wrażliwość organizmu na jedno z wytwarzanych w mózgu białek pomaga podzielić ludzi na tych, którzy nie mogą usiedzieć na miejscu i tych, których wołami wyciąga się na spacer. Tak sugerują wyniki badań na szczurach. Ponieważ spontaniczna aktywność w ciągu dnia jest głównym czynnikiem decydującym o liczbie spalonych kalorii, badacze uważają, że reakcje mózgu mogą wpływać na ryzyko otyłości. W ich eksperymentach szczupłe szczury były bardziej wrażliwe na neurohormon oreksynę A, a przez większość dnia kręciły się i ruszały. Gryzonie mające skłonność do tycia wykazywały większą odporność na ten związek. Co ważne, szczupłe szczury utrzymywały swoją "figurę", mimo że jadły tyle samo, co ich grubsi pobratymcy. Podkreśla to, jak istotny jest poziom ich aktywności fizycznej. Odkrycia naukowców opisano na łamach American Journal of Physiology — Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. Dla kontroli wagi korzystne mogą być gimnastyka lub jogging, ale aktywność podejmowana co pewien czas w ciągu dnia również wydaje się bardzo istotna. Stanie, spacerowanie i ruszanie się w inny sposób powodują spalanie kalorii, a to na pewno lepsze niż siedzenie na kanapie przed telewizorem. Wcześniejsze badania wykazały, że osoby z wagą w granicach normy więcej się krzątają w czasie dnia niż ludzie z nadwagą. Możliwe, że wrażliwość na oreksynę A wpływa na to, czy ktoś ma tendencje do polegiwania przed błękitnym ekranem z chipsami w ręku, co stanowi prostą drogę do otyłości — uważa dr Catherine M. Kotz z University of Minnesota oraz VA Medical Center w Minneapolis. Coś musi powodować, że część ludzi spędza dużo czasu w pozycji siedzącej — powiedziała Reuterowi Kotz. Kotz i inni skoncentrowali się na oreksynie A, ponieważ wiadomo, że pobudza ona apetyt, a ponadto reguluje czuwanie i sen oraz ruch. Chcieli oni sprawdzić, czy "oporne" na otyłość szczury różniły się od grubych reakcją na oreksynę. Gryzonie oporne na otyłość stworzono, krzyżując ze sobą szczupłe osobniki. Grube szczury miały otyłych oboje rodziców. Od samego początku szczupłe gryzonie były naturalnie bardziej aktywne i z upływem czasu nadal pozostawały chude, a szczury ze skłonnościami do tycia przybierały na wadze. Kiedy badacze podawali do mózgów zwierząt oreksynę, odkryli, że szczupłe szczury stawały się nawet bardziej aktywne, podczas gdy ich grubsi pobratymcy wykazywali niewielką reakcję. Choć nie wiadomo, czy tak samo jest u ludzi, odkrycia zespołu Kotz potwierdzają spostrzeżenia, że niektóre osoby muszą walczyć ze swoją biologią, by zacząć się ruszać. Tabletki, które wzmacniałyby oddziaływanie oreksyny, są pewnym pomysłem, ale ich opracowanie zajmie, wg Kotz, trochę czasu. Bardziej praktyczne jest podkreślanie wagi zwykłej codziennej krzątaniny. Dla dużo siedzących ludzi ze znaczną nadwagą wstawanie i robienie kilku kroków może być początkiem bardziej aktywnego życia. Oreksyny A i B zostały niedawno odkryte w centralnym układzie nerwowym. Są to tzw. neuropeptydy, syntetyzowane głównie w bocznej części podwzgórza. Wydaje się, że odgrywają one ważną rolę w ośrodkowej regulacji łaknienia.

W swojej ostatniej pracy pt. What Do Robots Dream Of? Christoph Adami, profesor nauk stosowanych z Keck Graduate Institute w Claremont, udowadnia, że roboty nie różnią się od nas, ludzi, tak bardzo, jak mogłoby się na pierwszy rzut oka wydawać. Naukowiec twierdzi, że maszyny także potrzebują stanu odmiennego od czuwania, czyli czegoś przypominającego sen. Podobnie jak my, powinny się stale upewniać co do swojej pozycji i sytuacji w otaczającym świecie. Ponadto działają lepiej, jeśli dysponują dokładniejszym obrazem siebie. Bongard i inni wykazali na przykład, że roboty wyposażone w algorytm umożliwiający wnioskowanie o budowie fizycznej na podstawie zebranych wcześniej danych czuciowych funkcjonują lepiej od maszyn, którym nie wbudowano takiej opcji. Co więcej, roboty korzystające z modeli samych siebie podczas planowania przyszłych działań mogą radzić sobie bez pomocy człowieka z odniesionymi "obrażeniami". Dostosowują po prostu chód do zaistniałych okoliczności i zmian strukturalnych. Według Adamiego, największym wrogiem robota jest niepewność otoczenia. Poruszając się po nim, maszyna musi polegać na mapach (dostarczonych przez człowieka lub samodzielnie stworzonych) oraz danych sensorycznych. Jeśli jednak środowisko się zmienia albo mamy do czynienia z szumem informacyjnym, robot zaczyna działać nieprawidłowo. Sprawa wyglądałaby zupełnie inaczej, gdyby maszyna dysponowała uwewnętrznionym modelem siebie, czyli pewnego rodzaju samoświadomością. Człowiek potrzebuje snu i nie chodzi tu tylko o odpoczynek czy marzenia senne. Podczas snu:analizujemy wydarzenia dnia, dzięki temu udaje nam się część z nich zrozumieć i "posegregować";włączają się mechanizmy pozwalające utrwalić wspomnienia (pamięć długotrwała);utrwalamy sobie wcześniej nabywane umiejętności (osoby, które zdrzemnęły się po nauce, osiągają lepsze wyniki od tych, którym nie dano takiej możliwości). Wyobraźmy sobie, że robot rozpoznaje w ciągu dnia jakiś teren. Natrafia w końcu na przeszkodę, która skutecznie go zatrzymuje. Gdyby mógł się zdrzemnąć, a inżynierowie wyposażyliby go w odpowiedni algorytm, przypomniałby sobie własne działania, stworzył model środowiska i wygenerował listę możliwych rozwiązań. Następnie wypróbowałby "w myślach" (czy właściwie snach) najlepsze, czyli takie, które pozwoliłyby zrozumieć charakter przeszkody. Rano maszyna obudziłaby się z gotowym rozwiązaniem.