“Szó szerint igaz volt: álmomban éltem az életem. A testem nem érzett többet, mint egy megfulladt hulla. Maga a létezésem, az életem a világban hallucinációnak tűnt. Egy erős szél elhitette velem, hogy a testemet a világ végére fújja a szél, egy olyan földre, amelyet még sosem láttam, vagy hallottam, ahol az elmém és a testem örökre elválik egymástól.”
-A Sleep, Haruki Murakami, 1989
Mindannyian átéltük már ezt. Lefekszünk az ágyba, becsukjuk a szemünket, letakarjuk az elménket, és várjuk, hogy az öntudat elhalványuljon. Egy időtlen intervallummal később felébredsz, felfrissülve és készen állsz arra, hogy szembenézz az új nap kihívásaival (vedd észre, hogy soha nem tudod magad tetten érni az eszméletvesztést!). De néha a belső világod nem kapcsol ki – az elméd továbbra is hipervigyáz. Forogsz és forgolódsz, de nem találod az alvás áldásos megkönnyebbülését. Az álmatlanság oka sokféle lehet, de a következményei mindig ugyanazok: másnap fáradt vagy, álmosnak érzed magad, szundikálsz. A figyelmed elkalandozik, a reakcióidőd lelassul, a kognitív-érzelmi kontrollod csökken. Szerencsére a fáradtság visszafordítható, és egy-két átaludt éjszaka után eltűnik.”
Életünk körülbelül egyharmadát töltjük nyugalmi állapotban, amelyet a viszonylagos viselkedésbeli mozdulatlanság és a külső ingerekre való csökkent reakciókészség határoz meg. Ez halmozottan több évtizednyi alvást jelent egy átlagos ember élete során. Á, tudom, arra gondolsz, hogy nem lenne nagyszerű, ha ezt az “elvesztegetett” időt csökkentenénk, hogy többet tudjunk tenni! Fiatalabb koromban én is a mottó szerint éltem: “Aludhatsz, ha meghaltál”. De ráébredtem arra a tényre, hogy az optimális, hosszú távú fizikai és mentális egészséghez alvásra van szükségünk.
Az emberek osztoznak ebben a napi alvás iránti szükségletben minden többsejtű élőlénnyel, ahogy azt bárki tudja, aki kutyával, macskával vagy más háziállattal nőtt fel.
Az alvás fontosságának megértése megfigyelhető, ha magát a biológiai folyamatot szemléljük. Az alvás homeosztatikusan szabályozott, kitűnő pontossággal: az elalvásra irányuló nyomás napközben addig fokozódik, amíg este álmosnak nem érezzük magunkat, folyamatosan ásítozunk és el nem bóbiskolunk. Ha megvonják tőlünk az alvást, az embereknek végső soron ellenállhatatlanul szükségük van a pihenésre – valójában “alvásmámorossá” válnak. Egy régebbi, 19. századi kifejezés, amely közelebb áll az igazsághoz, az “agyi kimerültség”, az agy a pihenést követeli.
A legutóbbi Consciousness Redux rovatomban leírtam, hogy a klinikusok az alvást az alvó fejbőrén elhelyezett elektroenkefalogram (EEG) érzékelők hálózatából származó agyhullámok rögzítésével határozzák meg. Mint a tenger felszíne, az elektromos agy szüntelenül mozgásban van, tükrözve a koponya alatti agykéreg láthatatlan, apró rezdüléseit, amelyeket az EEG-elektródák érzékelnek. A gyors szemmozgásos (REM) alvást alacsony feszültségű, szaggatott, gyorsan változó agyhullámok jellemzik (paradox módon a nyugodt ébrenlétre is jellemző), míg a nem-REM alvást lassan emelkedő és csökkenő, nagyobb amplitúdójú hullámok jellemzik. Valójában minél mélyebb és pihentetőbb az alvás, annál lassabbak és nagyobbak a hullámok, amelyek az agy tétlen, pihentető tevékenységét tükrözik. Ezek a delta-hullámoknak nevezett feszültségoszcillációk lehetnek akár négy másodpercenként egyszeri lassúak és akár másodpercenként négyszeri gyorsak (vagyis a 0,25 és négy hertzes frekvenciatartományban). Az egyes neuronok mélyalvás közbeni kisülésére való ráhangolódás diszkrét kikapcsolási periódusokat mutat, amikor az idegsejtek 300-400 milliszekundumra megszűnnek bármilyen elektromos aktivitást generálni. Az ilyen ismétlődő, az agykéreg nagy részein szinkronizált csendes időszakok a mélyalvás sejtjellemzői.
Mikroalvás
A legutóbbi, “Fél aggyal aludni” című rovatomban az alváskutatók növekvő felismerését hangsúlyoztam, hogy az ébrenlét és az alvás nem minden vagy semmi jelenség. Az, hogy alszol, nem feltétlenül jelenti azt, hogy az egész agyad alszik. Ezzel szemben, ahogy most leírom, azt is megtanultuk, hogy még ha ébren is vagyunk, nem biztos, hogy az egész agyunk ébren van.
Az ébrenlétbe behatoló alvás esete a mikroalvás néven ismert rövid alvási epizódok. Ezek az intervallumok bármilyen monoton feladat során előfordulhatnak, legyen szó akár hosszú utak megtételéről az országon keresztül, egy előadó dumálásának hallgatásáról vagy egy újabb véget nem érő osztályvezetői értekezleten való részvételről. Elálmosodunk, a szemünk lecsüng, a szemhéjak becsukódnak, a fejünk többször fel-le bólogat, majd felpattan: a tudatunk elveszik.
Az egyik kísérletben, amely ezt az állapotot próbálta feltárni, a résztvevőknek 50 percen keresztül egy véletlenszerűen mozgó célpontot kellett követniük egy számítógép monitorján egy joystick segítségével. Bár egyszerű, ez a vizuomotoros feladat nonstop figyelmet követel, amelyet egy idő után már nehéz fenntartani. Valójában a résztvevőknek átlagosan 79 mikroalvási epizódjuk volt óránként, amelyek egyenként 1,1 és 6,3 másodperc közötti időtartamúak voltak, és ezzel együtt a teljesítményük is visszaesett. A mikroalvás az EEG-felvételen az alfa-sáv (8-13 Hz-es tartomány) által dominált aktivitásról a théta-sáv (4-7 Hz) oszcillációira való lefelé irányuló elmozdulásban mutatkozik meg.
Az alanyok jellemzően azt hiszik, hogy a mikroalvás alatt végig éberek, anélkül, hogy az eszméletvesztés bármely időszakára emlékeznének. Ez a tévhit veszélyes lehet a vezetőülésben ülők számára. A mikroalvás végzetes lehet vezetéskor vagy gépek, például vonatok vagy repülőgépek üzemeltetésénél, óráról órára fárasztóan. A mikroalvási epizód során az egész agy rövid időre elalszik, ami felveti a kérdést, hogy az agy egyes részei önmagukban is képesek-e elaludni, anélkül, hogy az egész szerv átadná magát az álomnak.
Az olasz származású idegtudósok, Chiara Cirelli és Giulio Tononi, akik a Wisconsin-Madison Egyetemen az alvást és a tudatot tanulmányozzák, “álmos neuronokat” fedeztek fel kísérleti állatokban, amelyek nem mutatták az alvás viselkedéses megnyilvánulását. A kutatás során 11 felnőtt patkánynak mikroszálakat ültettek be a mozgást irányító frontális motoros kéregbe. Az agykérgi szövetbe behelyezett érzékelők az EEG-hez hasonlóan a helyi mezőpotenciálnak (LFP) nevezett feszültséget, valamint a közeli idegsejtek tüskés aktivitását is érzékelték. Amint az várható volt, ébrenlétben az LFP-t alacsony amplitúdójú, gyors hullámok uralták, amelyek könnyen megkülönböztethetők voltak a nem-REM mélyalvásra jellemző nagyobb és lassabb hullámoktól.
Az egyes neuronok szintjén az éber állatok agykérgi sejtjei szabálytalanul, staccato módon csevegtek hosszabb időn keresztül. Ezzel szemben a mély alvás során az agykérgi neuronok kifejezett “bekapcsolt” idegi aktivitási periódusokat és “kikapcsolt” időszakokat tapasztaltak, amelyek során némák voltak. Ez a neuronális visszahúzódás az egész kéregben egyszerre következett be. Rendszeres bekapcsolási időszakokkal váltakozik, ami a mély alvás jellemzőjének számító emelkedő és süllyedő agyhullámokhoz vezet.
A kutatók mindezek ismeretében úgy döntöttek, hogy tovább vizsgálódnak. Ahelyett, hogy a patkányokat a szokásos lefekvési időben hagyták volna aludni, a kísérletezők a késő esti videojátékok rágcsálós változatába vonták be az állatokat, folyamatosan kitéve őket játékoknak és más tárgyaknak, amelyeket megszagolhattak, felfedezhettek és játszhattak velük. Megkopogtatták a ketrecüket, és más módon megakadályozták, hogy alvó testtartást vegyenek fel vagy elálmosodjanak. Négy óra ilyen izgalom után a patkányok végül elaludhattak.
A korábbi állati és emberi vizsgálatok alapján várható módon az alvásmegvonási fázis végére az LFP alacsonyabb frekvenciákra kezdett eltolódni, ami összeegyeztethető azzal az elképzeléssel, hogy az állatokra gyakorolt nyomás az alvásra folyamatosan nőtt. Az elektromos jelek közelebbi vizsgálata azonban valami váratlan dolgot tárt fel: a rögzített agyi régió összes vagy legtöbb neuronjának alkalmi, szórványos, néma időszakai, anélkül, hogy az állatok a mikroalvás viselkedési vagy EEG-megnyilvánulásait mutatták volna. Ezek a rövid, kikapcsolt állapotú epizódok gyakran társultak az LFP lassú hullámaihoz. Ennek az ellenkezője történt a regenerációs alvás során, a hatórás időszak vége felé, amikor az alvásra gyakorolt nyomás feltehetően már alábbhagyott. Ekkor a nagy és lassú hullámok az LFP-ben ritkábbá váltak, és a neuronális aktivitás szabálytalanabbá vált, mint ébrenlét alatt.
Úgy tűnik, hogy ébrenlétben, de alváshiányos állapotban a neuronok az álmosság jeleit mutatják, míg több órás szilárd alvás után az egyes neuronok ébredezni kezdenek. A gondos statisztikai elemzés megerősítette ezeket a tendenciákat: a kikapcsolt időszakok száma megnőtt a patkányokat ébrenlétre kényszerítő négy óra alatt, és az ellenkező dinamika következett be a regeneráló alvás során.
Az egyik kérdés az volt, hogy bármelyik neuron elalszik-e bármelyik másik neurontól függetlenül. Vagy ez az előfordulás inkább egy globális jelenség volt, amikor az összes neuron egyszerre lép át kikapcsolt periódusba? A válasz, amelyet úgy kaptunk, hogy mikrodrótok második csoportját ültettük be egy második agykérgi régióba – a parietális kéregbe, amely a motoros kéregtől teljesen különböző régió -, mindkét kérdésre “igen” volt.
Kattintson a nagyításhoz
Ez azt jelenti, hogy néha a két régió neuronjai együtt kapcsoltak ki, míg máskor egymástól függetlenül tették ezt. Mégis, ahogy az alvásnyomás felépült, több órás ébren tartás után az alvásmegvonás alatti neuronális aktivitás valóban globálisan szinkronizáltabbá vált (mint a mélyalvásban). Hasonlóképpen, minél tovább aludt az állat a regenerálódási időszakban, annál kevésbé valószínű, hogy a lassú hullámok mindkét agykérgi helyszínen egyidejűleg észlelhetők voltak. Neuroncsoportok könnyebben toborozhatók a mély alvást alkotó lassú oszcillációk létrehozására, ha az alvási nyomás magas.”
Ezek az eredmények árnyaltabb képet festenek az ébrenlétről és az alvásról, mint az uralkodó, amelyben mindkét állapotot globális, mindent vagy semmit tudatállapotnak tekintették. Ehelyett ezek az adatok, amelyeket az epilepszia kezelésében alkalmanként alkalmazott, beültetett mikroelektródákkal ellátott betegek egy-egy neuronjának felvételei támasztanak alá, arra utalnak, hogy még akkor is, ha az alany ébren van, az egyén neuronjai elfáradhatnak és időnként kijelentkezhetnek. Minél nagyobb az alvási nyomás, annál valószínűbb, hogy ez egyszerre több helyen is megtörténik az agykéregben. Ezzel szemben sok órányi pihentető alvás után néhány ilyen neuron lekapcsolódik ezekről az egész agyra kiterjedő oszcillációkról, és elkezd felébredni.
De ha az alvásmegvonás során a neuronok kikapcsolódnak, nem kellene-e némi teljesítményromlásnak bekövetkeznie? Végül is ezeknek az idegsejteknek valamilyen célt kell szolgálniuk, és ha elszunnyadnak, akkor valaminek szenvednie kell. Ennek a kérdésnek a vizsgálatára Cirelli, Tononi és munkatársaik arra tanították a patkányokat, hogy egyik mellső mancsukkal nyúljanak át egy keskeny nyíláson, hogy megragadjanak egy polcon lévő cukorszemcsét. Ha ügyetlenül csinálják, a pellet leesik, és már nem lehet visszaszerezni.
Ez a feladat megtanulása a motoros kéreg egy bizonyos szektorát veszi igénybe, amely a tréning hatására megváltozik. A kutatók a kikapcsolt időszakokat kutatva, miközben az állat az édességért nyúl, azt találták, hogy ezek a neuronális tüzelési szünetek nagyobb valószínűséggel fordulnak elő a motoros kéregben a másodperc tört része előtt a pellet megragadásának sikertelen kísérlete előtt, mint amikor a patkány sikeresen felvette az édességet. Sőt, egyetlen kikapcsolt időszak előfordulása több mint egyharmaddal csökkentette a sikeres kísérlet esélyét. Ezek a hatások a motoros kéregre korlátozódtak, és nem voltak megfigyelhetők a parietális kéregben, amelyet a nyúlási feladat nem érint. Ahogy az állatok egyre alváshiányosabbá váltak, úgy szenvedett az általános teljesítményük, ahogy az alváshiányos emberekre is jellemző.
Lokális alvás
Azt fedezte fel ez a vizsgálat, hogy alvásmegvonás során létezik a lokális alvás: elszigetelt agykérgi neuroncsoportok, amelyek rövid időre kikapcsolnak, miközben az állat – minden külső látszat szerint – továbbra is mozog és teszi, amit tesz. A helyi alvás nagyobb valószínűséggel következik be, ha ezek az idegsejtek aktívan részt vesznek, mint amikor megtanulnak megragadni egy cukorkapszulát. A neuronok is elfáradnak és kikapcsolódnak, ami az egész szervezetben zajló folyamat mikrokozmosza.
Az adatokból levezetve hihetőnek tűnik, hogy ahogy az alvásra irányuló nyomás növekszik, az ilyen kikapcsolt események gyakorisága és túlsúlyuk a kéregben növekszik, amíg az egész agy aktivitása hirtelen, de rövid időre szinkronizálódik, és az agy mély álomba merül – a szemek becsukódnak, és a fej bólogat. Az alany mikroalvásba kerül.
Az alvás lenyűgöző téma, még akkor is, ha tudatosan nem élhetjük át a mélyalvást, mert a tudatunk kikapcsol. Az alvás agyunk napi ciklusának egy finoman szabályozott aspektusa, mint a napfelkelte és napnyugta, egy olyan állapot, amelynek működése továbbra is vitatott.
Az elmúlt évszázad során a klinikusok és az idegtudósok felfedezték a különböző alvási fázisokat (gyors és nem gyors szemmozgások), valamint a középagy és az agytörzs különböző régióit, amelyek ezek szabályozásában részt vesznek. Mi több, ezek a kutatók demisztifikálták a narkolepsziát, amikor a betegek hirtelen és ellenállhatatlanul elalszanak, a mikroalvást és most már a helyi alvást is. Mi lesz a következő lépés?