Sömn är ett viktigt tillstånd i hjärnan men varför riskerar djuren att vara sårbara de stunder som uppstår i sovande tillstånd i flera timmar? Vad händer i hjärnan under sömnen som är så viktigt för livet?
Många teorier om varför vi sover har lagts fram och de är alla överens om att sömn spelar en viktig reparerande roll. Men sömn är inte ett passivt tillstånd som man tidigare trott, vi vet nu sömn är en mycket aktiv och dynamisk process.
Med den insikten beskrivs teorier om sömnens funktion på olika sätt – att den kanske stärker minnet eller sköljer ut gifter och avfallsmateria eller att kanske sorteras under sömnen den stora mängd information som samlats in i vaket tillstånd för att filtrera bort överflödig information.
Sömnens mekanismer
Det finns två processer som reglerar cykeln av sömn och vakenhet. Den första handlar om den tid när du sover och är vaken. Den använder det område i hjärnan som kallas suprachiasmatiska kärnan i hypothalamus och som fungerar som en "ledarklocka" .
Den andra handlar om det behov av sömn som byggs upp (sömntryck) vilket beror på hur mycket tid du har varit vaken. Det gör att kroppen fungerar i synk med den yttre världen (påverkas av solljus) och gör att du kan sova på natten och vara vaken på dagen.
Generellt är det så att när det blir kväll kommer sömntrycket att bli tillräckligt högt för hjärnan att initiera sömn genom olika områden i hjärnan, inkluderat hypotalamus. Tillsammans initierar dessa områden sömn genom molekylära budbärare som kallas signalsubstanser.
När man sover blir hjärnan relativt bortkopplad från den yttre miljön (och det är därför sömnen är så mystisk i evolutionära termer, eftersom vi är helt sårbara under dessa timmar).
Baserat på elektrisk hjärnaktivitet är sömnen uppdelad i två tillstånd, sömn med snabba ögonrörelser, REM-sömn och icke-REM-sömn. Dessa cykler varar ungefär 90 minuter, med fyra eller fler cykler per natt.
Icke- REM-sömn är indelad i lättare stadier av sömn (stadium ett och två ) och djupare, så kallad ortosömn (stadium tre och fyra). Det är under REM-sömnen som vi drömmer.
Sömn och hjärnans plasticitet
När du är vaken hanterar din hjärna oupphörligt inkommande information från den ständigt föränderliga miljön och reagerar på lämpligt sätt i olika situationer.
På grund av den otroliga flexibiliteten, inlärningen och minneskapaciteten i våra hjärnor (hjärnans plasticitet) lär vi oss snabbt saker som är viktiga för att kunna fungera i det dagliga livet, samtidigt som vi filtrerar bort överflödig information.
Hjärnans plasticitet är resultatet av en mängd olika processer som i huvudsak leder till ökningar eller minskningar i antalet kopplingar mellan hjärnceller (neuroner) och deras kraft. Det påverkas också av etableringen av nya kopplingar mellan nervbanor som formas under inlärnings- och minnesupplevelser av vakenhet.
Även om REM-sömn är förknippad med drömmandet och minnesfunktionen så är detaljerna kring dess funktionella roll och betydelse oklara.
Under senare år har ortosömnen som sker under icke-REM-sömn fått mycket uppmärksamhet inom forskningen, eftersom den tros spela en viktig roll för hjärnans plasticitet, inlärning och minne.
Och det är denna typ av sömn som ligger till grund för en elegant teori om sömnens funktion som kallas för synaptiska homeostas hypotesen. Teorins kärnpunkt är att sömnen, enligt forskarna, är det ”pris vi betalar för plasticitet".
En ny teori
Enligt den synaptiska homeostas hypotesen sker hjärnans plasticitet mestadels när vi är vakna och tar in ny information från omgivningen. Användbar viktig information som är relevant för vår dagliga funktion och överlevnad manar till förändringar i hjärnan som förstärker och ökar antalet neurala kopplingar (synapser) i hela hjärnan.
Men denna ökning kan inte upprätthållas för evigt eftersom högre synaptisk styrka kräver mycket energi, cellulära resurser och utrymme. Så systemet blir ineffektivt och signaleringen mellan nervcellerna blir mer oregelbunden, vilket minskar förmågan till inlärning och minne.
Det är där sömnen kommer in – det sätter hjärnan i ett "offline" läge under vilket den synaptiska styrkan som har ackumulerats under vakenhet kan undersökas, och överblickas genom spontan elektrisk aktivitet. Och det säkerställer att processen inte avbryts av den yttre miljön.
Processen återför systemet till en mer hållbar basnivå samtidigt som den lagrar viktig kunskap och minnesinformation.
Hypotesen säger att ortosömn spelar en viktig roll för att uppnå synaptisk homeostas eller ”åternormalisering" genom att skapa en miljö som underlättar återställandet av den synaptiska styrkan till en normal nivå.
Kritik och styrka
Teorin och hypotesen om synaptisk homeostas stöds av en växande mängd forskningsrön inklusive molekylära, cellulära, och genetiska studier på djur och människor.
Kritikerna säger att teorin kan vara för enkel eftersom den inte lyckas förklara mer detaljerat de neurala mekanismer genom vilka de beskrivna hjärneffekterna uppnås. Men den bristen på detaljerade mekanismer gör också teorin attraktiv eftersom den antyder en mer allmän och generell funktion för sömnen.
Denna funktion är att upprätthålla hjärncellernas balans genom att återföra synaptisk styrka som har ackumulerats under vakenhet till ineffektiva nivåer, tillbaka till normala nivåer så att din hjärna kan optimera inlärning och minnesförmågan när du är vaken .
Andrew Vakulins forskning finansieras av det nationella hälso- och medicinska forskningsrådet i Australien.
Artikeln publicerades ursprungligen på The Conversation.
Översatt från engelska.
