„Era literalmente adevărat: treceam prin viață dormind. Corpul meu nu mai avea nici un sentiment decât un cadavru înecat. Însăși existența mea, viața mea în lume, părea o halucinație. Un vânt puternic mă făcea să cred că trupul meu era pe cale să fie dus la capătul pământului, pe un tărâm pe care nu-l văzusem sau de care nu auzisem niciodată, unde mintea și trupul meu se vor despărți pentru totdeauna.”
-Din somn, de Haruki Murakami, 1989
Toți am trecut prin asta. Te duci la culcare, închizi ochii, îți acoperi mintea și aștepți ca conștiința să dispară. Un interval atemporal mai târziu, te trezești, revigorat și gata să faci față provocărilor unei noi zile (observați cum nu vă puteți prinde niciodată în timp ce vă pierdeți cunoștința!). Dar, uneori, lumea ta interioară nu se oprește – mintea ta rămâne hipervigilantă. Vă răsuciți și vă răsuciți, dar nu găsiți ușurarea binecuvântată a somnului. Motivele insomniei pot fi multe, dar consecințele sunt întotdeauna aceleași: sunteți obosit a doua zi, vă simțiți somnoros, ațipiți. Atenția se rătăcește, timpul de reacție încetinește, ai mai puțin control cognitiv-emoțional. Din fericire, oboseala este reversibilă și dispare după o noapte sau două de somn solid.
Ne petrecem aproximativ o treime din viață într-o stare de repaus, definită printr-o relativă imobilitate comportamentală și o capacitate redusă de reacție la stimuli externi. Cumulat, acest lucru se ridică la câteva decenii de somn de-a lungul vieții unei persoane medii. Ah, știu că vă gândiți: Nu ar fi grozav dacă am reduce acest timp „pierdut” pentru a putea face mai multe! Când eram mai tânăr, și eu am trăit după motto-ul „Poți să dormi când ești mort”. Dar m-am trezit la realitate că, pentru o sănătate fizică și mentală optimă, pe termen lung, avem nevoie de somn.
Oamenii împărtășesc această nevoie de somn zilnic cu toate creaturile multicelulare, așa cum știe oricine a crescut cu câini, pisici sau alte animale de companie.
O înțelegere a importanței somnului poate fi observată prin contemplarea procesului biologic în sine. Somnul este reglat homeostatic cu o precizie rafinată: presiunea de a merge la culcare se acumulează în timpul zilei până când ne simțim somnoroși seara, bâiguiem continuu și adormim. Dacă sunt privați de somn, oamenii resimt o nevoie irezistibilă, în cele din urmă, de a căuta odihnă – ei devin, de fapt, „beți de somn”. Un termen mai vechi, din secolul al XIX-lea, mai apropiat de adevăr, este „epuizare cerebrală”, creierul cerându-și odihna.
În ultima mea rubrică Consciousness Redux, am descris modul în care clinicienii definesc somnul prin înregistrarea undelor cerebrale de la o rețea de senzori de electroencefalogramă (EEG) plasați pe scalpul celui care doarme . La fel ca suprafața mării, creierul electric este în continuă agitație, reflectând trepidațiile nevăzute, mici tremurături în cortexul cerebral de sub craniu, care sunt captate de electrozii EEG. Somnul cu mișcări rapide ale ochilor (REM) se caracterizează prin unde cerebrale de joasă tensiune, agitate, care se schimbă rapid (în mod paradoxal, tipice și pentru starea de veghe relaxată), în timp ce somnul non-REM este marcat de unde care urcă și coboară încet, de amplitudine mai mare. Într-adevăr, cu cât somnul este mai profund și mai odihnitor, cu atât mai lente și mai mari sunt undele care reflectă activitatea de odihnă și de refacere a creierului. Aceste oscilații de tensiune, denumite unde delta, pot fi la fel de lente ca o dată la patru secunde și la fel de rapide ca de patru ori pe secundă (adică în intervalul de frecvență de 0,25 până la patru hertzi). Acordarea de descărcări ale neuronilor individuali în timpul somnului profund dezvăluie perioade de oprire discrete, când celulele nervoase încetează să mai genereze orice activitate electrică timp de 300 până la 400 de milisecunde. Astfel de perioade silențioase recurente, sincronizate în părți mari ale cortexului, sunt semnul distinctiv celular al somnului profund.
Microsleep
Ultima mea rubrică, „Să dormi cu jumătate de creier”, a evidențiat conștientizarea tot mai mare a cercetătorilor în domeniul somnului că a fi treaz și a dormi nu sunt fenomene de tipul „totul sau nimic”. Doar pentru că dormiți nu înseamnă neapărat că întregul creier este adormit. Invers, așa cum voi descrie acum, am învățat, de asemenea, că, chiar și atunci când sunteți treaz, este posibil ca întregul dumneavoastră creier să nu fie treaz.
Un caz concret de intruziune a somnului în starea de veghe implică episoade scurte de somn cunoscute sub numele de microsomn. Aceste intervale pot apărea în timpul oricărei sarcini monotone, fie că se conduce pe distanțe lungi prin țară, fie că se ascultă un vorbitor trăncănind sau se participă la încă o ședință interminabilă de departament. Sunteți somnolent, ochii devin căzuți, pleoapele se închid, capul dă din cap în mod repetat în sus și în jos și apoi se ridică brusc: conștiința dumneavoastră se pierde.
Într-un experiment care a încercat să exploreze această condiție, participanții au trebuit să urmărească o țintă care se mișca la întâmplare pe un monitor de calculator cu ajutorul unui joystick timp de 50 de minute. Deși simplă, această sarcină vizuomotorie necesită o atenție non-stop care devine dificil de susținut după un timp. Într-adevăr, în medie, participanții au avut 79 de episoade de microsomn pe oră, cu o durată cuprinsă între 1,1 și 6,3 secunde fiecare, ceea ce a dus la o scădere a performanței. Microsomnul se manifestă în înregistrarea EEG printr-o deplasare descendentă de la o activitate dominată de banda alfa (intervalul 8-13 Hz) la oscilații în banda theta (4-7 Hz).
Pernic, subiecții se cred de obicei atenți tot timpul în timpul microsomnului, fără să-și amintească vreo perioadă de inconștiență. Această percepție greșită poate fi periculoasă pentru cineva aflat la volan. Microsomnul poate fi fatal atunci când se conduce sau se operează mașini precum trenurile sau avioanele, oră după oră plictisitoare. În timpul unui episod de microsomn, întregul creier adoarme pentru scurt timp, ceea ce ridică întrebarea dacă părți ale creierului pot adormi singure, fără ca întregul organ să sucombe la somn.
De fapt, neuroștiințiștii de origine italiană Chiara Cirelli și Giulio Tononi, care studiază somnul și conștiința la Universitatea din Wisconsin-Madison, au descoperit „neuroni somnoroși” la animale de laborator care nu prezentau nicio manifestare comportamentală a somnului. În cadrul acestei cercetări, la 11 șobolani adulți li s-au implantat microfire în cortexul motor frontal, care controlează mișcarea. Introduși în țesutul cortical, senzorii au captat atât tensiunea numită potențial de câmp local (LFP), asemănătoare EEG-ului, cât și activitatea de spiking a celulelor nervoase din apropiere. Așa cum era de așteptat, atunci când era treaz, LFP era dominat de unde rapide, de amplitudine mică, ușor de distins de undele mai mari și mai lente caracteristice somnului profund non-REM .
La nivelul neuronilor individuali, celulele corticale ale animalelor treze discutau într-o manieră neregulată, în staccato, pe o perioadă îndelungată. Dimpotrivă, în timpul somnului profund, neuronii corticali au cunoscut perioade pronunțate de activitate neuronală „on” și perioade „off” în care sunt tăcuți. Această reticență neuronală are loc simultan în tot cortexul. Ea alternează cu perioade regulate de activare, conducând la undele cerebrale ascendente și descendente care sunt caracteristice somnului profund.
Cunoscând toate acestea, cercetătorii au decis să cerceteze mai departe. În loc să lase șobolanii să adoarmă la ora obișnuită de culcare, experimentatorii au implicat animalele într-o versiune pentru rozătoare a jocurilor video nocturne, expunându-le continuu la jucării și alte obiecte pe care să le adulmece, să le exploreze și să se joace cu ele. Ei au bătut în cușcă și i-au împiedicat în alt mod să adopte o poziție de somn sau să devină somnoroși. După patru ore de astfel de emoții, șobolanii au putut în cele din urmă să adoarmă.
Așa cum era de așteptat din studiile anterioare pe animale și pe oameni, la sfârșitul fazei de privare de somn, LFP a început să treacă la frecvențe mai joase, compatibil cu ideea că presiunea pentru ca animalele să doarmă a crescut în mod constant. Cu toate acestea, o inspecție mai atentă a semnăturilor electrice a dezvăluit ceva neașteptat: perioade ocazionale, sporadice, de tăcere a tuturor sau a majorității neuronilor din regiunea cerebrală înregistrată, fără ca animalele să prezinte manifestări comportamentale sau EEG de microsomn. Aceste episoade scurte, asemănătoare stingerii, au fost adesea asociate cu unde lente în LFP. Opusul s-a întâmplat în timpul somnului de recuperare, spre sfârșitul acestei perioade de șase ore, când se presupune că presiunea de a dormi a dispărut. În acest moment, undele mari și lente din LFP au devenit mai rare, iar activitatea neuronală a devenit mai neregulată, așa cum s-a întâmplat în timpul stării de veghe.
Se pare că atunci când sunt treji, dar lipsiți de somn, neuronii prezintă semne de somnolență, în timp ce după ore de somn solid, neuronii individuali încep să se trezească. O analiză statistică atentă a confirmat aceste tendințe: numărul perioadelor de repaus a crescut în timpul celor patru ore în care șobolanii au fost forțați să rămână treji, iar dinamica opusă a avut loc în timpul somnului de recuperare.
O întrebare a fost dacă vreun neuron a adormit independent de orice alt neuron. Sau această apariție a fost mai degrabă un fenomen global, prin care toți neuronii trec simultan la o perioadă de oprire? Răspunsul, obținut prin implantarea unei a doua matrice de microfire într-o a doua regiune corticală – cortexul parietal, o regiune destul de distinctă de cortexul motor – a fost „da” la ambele întrebări.
Click sau atingeți pentru mărire
Acest lucru înseamnă că, uneori, neuronii din ambele regiuni s-au oprit împreună, în timp ce alteori au făcut-o independent. Cu toate acestea, pe măsură ce presiunea somnului s-a acumulat, după mai multe ore în care au fost ținuți treji, activitatea neuronală în timpul privării de somn a devenit într-adevăr mai sincronizată la nivel global (așa cum se întâmplă în somnul profund). De asemenea, cu cât animalul a dormit mai mult în timpul perioadei de recuperare, cu atât era mai puțin probabil ca undele lente să fie detectate simultan în ambele situri corticale. Grupurile de neuroni pot fi mai ușor recrutate pentru a produce oscilațiile lente care constituie somnul profund atunci când presiunea somnului este ridicată.
Aceste rezultate zugrăvesc o viziune mai nuanțată asupra stării de veghe și a somnului decât cea predominantă, în care ambele condiții erau considerate ca fiind stări de conștiință globale, de tipul „totul sau nimic”. În schimb, aceste date, susținute de înregistrări ale unui singur neuron de la pacienți cu microelectrozi implantați, așa cum se utilizează ocazional în tratamentul epilepsiei, sugerează că, chiar și atunci când subiectul este treaz, neuronii individului pot deveni obosiți și, ocazional, pot da check-out. Cu cât presiunea somnului este mai mare, cu atât este mai probabil ca acest lucru să se întâmple simultan în mai multe locuri din cortex. Dimpotrivă, după multe ore de somn odihnitor, unii dintre acești neuroni se decuplează de la aceste oscilații la nivelul întregului creier și încep să se trezească.
Dar cu neuronii care se deconectează în timpul privării de somn, nu ar trebui să existe o oarecare deteriorare a performanței? La urma urmei, acești neuroni trebuie să servească unui anumit scop, iar dacă ei adorm, ceva ar trebui să sufere. Pentru a investiga această întrebare, Cirelli, Tononi și colaboratorii lor au antrenat șobolanii să se întindă cu una dintre labele din față printr-o deschidere îngustă pentru a apuca o pastilă de zahăr de pe un raft. Dacă se face cu stângăcie, peleta cade și nu mai poate fi recuperată.
Învățarea acestei sarcini angajează un anumit sector al cortexului motor care suferă modificări ca urmare a antrenamentului. Cercetând perioadele de pauză în timp ce animalul întinde mâna după dulciuri, cercetătorii au descoperit că aceste goluri în declanșarea neuronală au o probabilitate mai mare de a apărea în cortexul motor cu o fracțiune de secundă înainte de o încercare eșuată de a apuca peleta, în comparație cu momentul în care șobolanul a reușit să ridice cu succes dulciurile. Într-adevăr, apariția unei singure perioade de pauză a scăzut șansele unei încercări reușite cu mai mult de o treime. Aceste efecte au fost limitate la cortexul motor și nu au fost observate în cortexul parietal, care nu este angajat de sarcina de atingere. Pe măsură ce animalele deveneau din ce în ce mai lipsite de somn, performanța lor generală a avut de suferit, așa cum este tipic pentru oamenii lipsiți de somn.
Somn local
Ceea ce a descoperit acest studiu este existența somnului local în timpul deprivării de somn: grupuri corticale izolate de neuroni care se deconectează pentru scurt timp în timp ce animalul, după toate aparențele exterioare, continuă să se miște și să facă ceea ce face. Este mai probabil ca somnul local să apară dacă acei neuroni sunt implicați în mod activ, așa cum se întâmplă atunci când învață să apuce o pastilă de zahăr. Neuronii, de asemenea, devin obosiți și dezangajați, un microcosmos a ceea ce se întâmplă cu întregul organism.
Extrapolând din aceste date, pare plauzibil că, pe măsură ce presiunea pentru somn crește, frecvența acestor evenimente de oprire și preponderența lor în cortex cresc până când activitatea din întregul creier devine brusc, dar pentru scurt timp, sincronizată și creierul cade într-un somn profund – ochii se închid, iar capul dă din cap. Subiectul intră în microsomn.
Somnul este un subiect fascinant, chiar dacă nu putem experimenta în mod conștient somnul profund, deoarece conștiința noastră este oprită. Somnul este un aspect fin reglat al ciclului zilnic al creierului nostru, așa cum răsare și apune soarele, o stare a cărei funcție rămâne controversată.
De-a lungul ultimului secol, clinicienii și neurologii au descoperit diferite faze ale somnului (mișcări oculare rapide și non-rapide ale ochilor) și regiunile distincte ale mezencefalului și trunchiului cerebral implicate în controlul acestora. Mai mult, acești cercetători au demistificat narcolepsia, când pacienții adorm brusc și irezistibil, microsomnul și acum somnul local. Ce va urma?
.