Probudite se, slatko se protežući u mekom krevetu, ustanete i kroz ogroman prozor ugledate sunce koje se uzdiže nad oceanom, bijeli pijesak plaže i palme. Kroz otvorena vrata lođe puše svježi morski povjetarac i čuje se zvuk surfa. Pijete aromatičnu svježe mljevenu kavu, napustite vrata dvokatne vile, uđete u automobil s uzgajanim konjem na haubu, okrenete ključ i otplenete plemenit roj motora V8 … Napokon se probudite od zvonjave budilice.
Opet, podmukli mozak natjerao nas je da vjerujemo u stvarnost onoga što se događa. Ali kako to radi? Kako uspjeti natjerati osobu da leži gotovo nepomično sedam ili više sati, pokazujući najzanimljivije blockbustere uzbudljivim zapletom? Razlog za to su najkompleksniji biokemijski procesi u koje nisu uključene jedna ili dvije moždane strukture, već cijela mreža. Kako dolazi do interakcije i "prebacivanja" budnosti u san? Kako se razvija san i kada snovi dolaze? Zašto se ponekad, probudivši se iz budilice, osjećamo sposobni kretati se planinama, a ponekad i razdraženo spremni uništiti sve oko sebe?
Kroz veo vremena
Somnologija - znanost koja proučava san - pojavila se relativno nedavno, jer starost prvih temeljnih istraživanja u „Morpheusovu kraljevstvu“ne prelazi 120 godina. Prije toga spavanje je dobilo mistično značenje kao granično stanje između života i smrti. Aristotel je rekao: "Spavanje, po svemu sudeći, po svojoj prirodi pripada takvim stanjima kao što je, na primjer, granica između života i neživota, a osoba koja spava ne postoji u potpunosti, a postoji." Veliki liječnik antike, Hipokrat, vjerovao je da se san javlja kao rezultat odljeva krvi i topline iz glave u unutarnje dijelove tijela. Ovo je objašnjenje dominiralo u umovima europskih znanstvenika i uzimalo ga na vjeru gotovo dvije tisuće godina. U jednom je slučaju Hipokrat bio u pravu: razloge uranjanja osobe u svijet snova morali smo tražiti u glavi.
Mreža za regulaciju spavanja funkcionira kao okidač bez međupredmetnih položaja. Taj je mehanizam moguć zbog međusobnog spajanja centara zaspavanja i buđenja. Čim jedna od strana stekne prednost, cijeli sustav odmah prelazi u suprotno stanje. Kako se ne bi prebacivala naprijed i natrag svake minute, oreksin stimulira sve centre budnosti, bez potiskivanja centra sna. Ova mala neravnoteža otežava prebacivanje dovoljno samo da relativno rijetko prelazimo iz sna u budnost i obrnuto. Za prijelaz na san potrebno je da sustav pobuđenja oslabi, a aktivnost centra za spavanje poveća. Ovaj je spor proces poznat svima kako postepeno raste umor.
A sada je došlo dvadeseto stoljeće. U Njemačkoj je na kliniku primljen pacijent profesora Strumpela, koji je djelomično izgubio vid i sluh kao posljedicu traume - gluh u jedno uho i slijep na jedno oko. Liječnici su primijetili da kad su oba preostala "prozora u svijet" bila zatvorena, pacijent je zaspao. Poznati fiziolog Pavlov zainteresirao se za ta promatranja i odlučio je provesti slične eksperimente na svojim omiljenim predmetima - psima. Otkrio je da ako isključite stalni priliv impulsa iz osjetila u moždani korteks, tada dolazi do spavanja. Znanstvenik je također istraživao učinke monotonih podražaja, opetovano ponavljajući lagane dodire do kože bedara zadnje noge. Gotovo uvijek su eutanazirale životinje, a to je istraživaču dalo pravo da vjeruje da je san uvjetna inhibicija koja se široko proširila preko moždane kore,koja je osmišljena kako bi zaštitila pseći mozak od pretjeranih ponavljanja bilo kakvih iritacija.
Promotivni video:
Sljedeći korak prema prevladavanju tajni spavanja bio je pojava elektroencefalografije (EEG). Godine 1905. njemački fiziolog Hans Berger prvi je put zabilježio sinusoidne oscilacije električnog potencijala frekvencije 8-11 Hz kod osobe u mirnom stanju zatvorenih očiju, najviše izražene u okcipitalnim regijama mozga. Ove fluktuacije nazivamo alfa ritmom.
Početak i trajanje spavanja reguliraju se složenim fiziološkim procesima, među kojima su dva glavna - homeostatska potreba za snom (tzv. Proces S, strelice prema dolje) i unutarnji sat (proces C, strelice prema gore na slici). Žuta linija prikazuje "zbroj" ova dva procesa.
Tridesetih godina prošlog stoljeća situacija je postala malo jasnija: znanstvenici su, režući stabljiku mačjeg mozga na razini srednjeg mozga, uzrokovali da životinja ima komu - stanje slično spavanju. Istodobno su na mačjem EEG-u primijećene spore električne oscilacije, koje su kasnije nazvane "uspavana vretena" (crtež je nalikovao vretenu okrenutom naopako). Kad je mozak presječen na razini prvih cervikalnih segmenata, odvajajući leđnu moždinu od mozga, bilo je moguće dobiti takozvanu pripremu budnog mozga: mačka je očima pratila predmete koji su se kretali ispred nje, a EEG je pokazao oscilacije s frekvencijom od 14-30 Hz (beta ritam). Postalo je jasno da u mozgu životinja postoje različite strukture - odgovorne za spavanje i odgovorne za buđenje.
Centar vedrine
Krajem 19. stoljeća Vladimir Bekhterev i Santiago Ramon y Cajal opisali su strukture mačjeg mozga odgovornog za stanje budnosti, koji su u sredini stabljike mozga vidjeli otvoreni niz neurona, prožet živčanim vlaknima. Ali zašto je ta formacija potrebna, talijanski neuroznanstvenik Giuseppe Moruzzi i američki neurolog Horace Magun osnovali su tek u drugoj polovici dvadesetog stoljeća. Oni su ovu strukturu nazvali retikularna formacija ("reticula" na latinskom znači "mreža"). Upravo se u stablu mozga nalaze jezgre koje koncentriraju u sebi sve impulse senzornih receptora koji idu u mozak. Dugi procesi (aksoni) neurona retikularne formacije povezani su s moždanim korteksom i s neuronima leđne moždine. Živčana vlakna iz korteksa i iz kičmene moždine također idu u samu retikularnu formaciju,pa se formira složen sustav povratnih informacija. Signali iz retikularne formacije (retikularni iscjedak) pokreću mehanizme budnosti u moždanoj kore i korteks, pak, kontrolira stanje retikularne formacije.
Kovčeg sa snom
1990. godine objavljen je film Buđenje po istoimenoj knjizi poznatog psihijatra Olivera Sachsa. Govori o čudnoj skupini od 80 starijih pacijenata koji boluju od nepoznate bolesti nalik autizmu ili Parkinsonovoj bolesti više od 40 godina. Sachsovi pacijenti bili su posljednja preživjela žrtva misteriozne epidemije koja je iznenada započela u Europi u zimu 1916-1917, a zatim se proširila po cijelom svijetu i ubila 5 milijuna ljudi u razdoblju nakon Prvog svjetskog rata. Bolesnici su pali u iznenadnoj apatiji i patili od visoke temperature, oštećenja vida i halucinacija. Tada se bolest pretvorila u kronični oblik i bila je popraćena ogromnim brojem različitih kliničkih manifestacija. Ali svi su oblici imali jedno zajedničko - poremećaj spavanja. Ova činjenica činila se zanimljivom bečkom neurologu barunu Konstantinu von Economoju. Otkrio je da su neki pacijenti spavali previše, tjednima, mjesecima, budni samo da bi pili i jeli, dok su drugi potpuno izgubili san. Pri obdukcijama je znanstvenik pronašao sličnu anatomsku sliku: na određenom području diencefalona kod pacijenata došlo je do masovne smrti živčanih stanica.
To područje mozga naziva se hipotalamus jer se nalazi ispod talamusa, područja mozga koje preraspodjeljuje signale iz osjetila. Kad bismo mogli upisati kažiprst izravno u glavu na razini mosta nosa, mi bismo se odmarali točno u rupi u kojoj se nalazi - „turskom sedlu“. Hipotalamus je jedno od najvažnijih središta koji kontroliraju autonomni živčani sustav, regulirajući, posebno, tjelesnu temperaturu, krvni tlak, apetit, seksualnu želju i žeđ. Economo, naravno, sve to nije znao. Međutim, sumnjao je da mora postojati centar koji kontrolira san. "Očigledno - zaključio je istraživač, - ove ćelije nešto rade, zahvaljujući čemu zaspimo."
Sada, zahvaljujući istraživanju Cliforda Seipera sa Sveučilišta Harvard u Bostonu, postalo je poznato da u hipotalamusu zaista postoji posebno područje koje se aktivira kada zaspim - ventrolateralna preoptička regija (VLPO). Aksoni neurona iz VLPO-a spuštaju se na područja koja su budna. Suprotno tome, da bismo spriječili da zaspimo, središte vitalnosti mora imati vezu s hipotalamusom, tako da živčana vlakna idu prema gore.
Seiper i njegovi kolege zaključili su da su stanice u prednjem dijelu hipotalamusa centar sna koji koristi svoje aksone za suzbijanje budnih centara u mozgu, što uključuje srednji mozak i ponove. Taj postupak u konačnici dovodi do zaspavanja. "Možda je to ključ čitavog mehanizma koji, putem hipotalamusa, kontrolira stanje sna i budnosti", napisao je neurolog. Tako se 2005. godine pojavio moderni koncept sna koji je Siper objavio u svom članku u časopisu Nature. Prema ovom konceptu, cjelokupni "sustav spavanja" je mreža nekoliko međusobno povezanih čvorova koji se na poseban način prebacuju u određenim trenucima i reguliraju san i budnost.
Suočavanje s mozgom
Prvi dio općeg sustava spavanja-budnosti je inhibitorni sustav. To je VLPO u prednjem hipotalamusu, iz kojeg se inhibicijski val šalje u sustav budnosti, a to dovodi do prebacivanja mozga u "način spavanja". S gledišta biokemije, glavna "kočna tekućina" sustava je gama-aminobuterna kiselina (GABA). Djelujući na posebne receptore, suzbija aktivnost neurona. GABA receptori su kanal u staničnoj membrani okružen velikim molekulama proteina koji mogu promijeniti svoju prostornu strukturu (relativno gledano, "razviti se" ili "preklopiti"). Kad se GABA veže na receptore, lumen kanala se povećava, kroz njega prolazi više iona klora, što dovodi do smanjenja električne vodljivosti stanične membrane - što ga čini manje osjetljivim na električne utjecaje. A to dovodi do suzbijanja impulsne aktivnosti - stanica "smanjuje brzinu" iz brzog "galopa" u smiren "korak".
Drugi dio sustava je sustav pobude koji se temelji na osam živčanih čvorova koji tvore dva paralelna snopa. Kroz njih se valovi ekscitacije provode do moždane kore. Jedan snop započinje u retikularnoj formaciji (ovo je mozak), a drugi u takozvanoj plavoj tački (Locus coeruleus). Stanice ovdje proizvode većinu ekscitacijskog neurotransmitera norepinefrina u mozgu. Područje je odgovorno za pojavu straha i panike, kao i za velik dio našeg uzbuđenja.
Postoje i drugi neurotransmiteri (dopamin, serotonin i drugi), ali oni su povezani s različitim procesima u mozgu. Međutim, postoji još jedan specifični neurotransmiter spavanja. Bočni (bočni) hipotalamus sadrži nekoliko desetaka tisuća živčanih stanica koje proizvode poseban neurotransmiter, oreksin (hipokretin). Biokemičari su ovu tvar izolirali tek 1998. godine. Ako je oreksina premalo ili ako mozgu nedostaju odgovarajuće molekule receptora, pojavljuje se rijetka bolest - narkolepsija, koju karakteriziraju iznenadni napadi pospanosti i zaspavanja.
Dan, noć - dan daleko
Međutim, to je samo dio mehanizma sna. Kao i sva živa priroda, ljudi žive u skladu s vlastitim unutarnjim ritmovima, koji su vezani za cikluse dana i noći. Došlo je vrijeme kada je osoba sklona spavanju i dolazi vrijeme za aktivni rad. Tijelo ima "biološki sat" - melatonergički sustav. Glavni akteri u njemu su suprahijazmalna jezgra hipotalamusa i pinealna žlijezda (pinealna žlijezda), koje se nalaze u međupredmetnom području mozga.
Kad svjetlost udari u mrežnicu, informacije o tome prelaze u suprahijazmalne jezgre hipotalamusa (mali sati), a zatim, proputujući dug put, ulazi u pinealnu žlijezdu, ili takozvano treće oko, koje služi mnogim životinjama, na primjer, gmazovima i pticama. detektor razine svjetla. U ljudi su se u procesu evolucije značajno povećale velike hemisfere mozga, zatvarajući pinealnu žlijezdu i on je izgubio kontakt sa svjetlošću. Priroda je morala izmisliti sav taj složen i postojeći danas regulirajući sintezu "uspavanog" hormona.
Pinealna žlijezda proizvodi melatonin, hormon noći i tame. Kada uvečer opadne razina svjetlosti, oslobađa se melatonin, koji stanicama signalizira da "završe dan". Njegova glavna funkcija je inhibicijski učinak na suprachiasmatic jezgre, preko kojih se aktiviraju sustavi budnosti.
Taj se postupak može usporediti s radom termostata koji održava određenu temperaturu u hladnjaku. Što duže živimo aktivni život, centar sna mora snažnije osjećati potrebu da prebacite prekidač na stanje mirovanja. Što duže spavamo, to je i manja potreba za snom, tako da ćemo u nekom trenutku sustav budnosti preuzeti i mi se probudimo i osjećamo kao da smo spavali. Ovaj se model regulacije naziva dvofaktorni, a razvio ga je 1982. voditelj Odjela za psihofarmakologiju i somnologiju na Sveučilištu u Zürichu, Alexander Borbeli. Prema njenim riječima, naša potreba za snom u određenom trenutku vremena rezultat je interakcije kronobioloških i homeostatskih (održavanja unutarnje ravnoteže) faktora. Znanstvenici su te komponente nazvali proces S i proces C. Proces S je homeostatska komponenta potrebe za snom, a proces C je utjecaj unutarnjeg sata, čiji je glavni zadatak ostaviti noć za dugo spavanje.
"Proces S je, nasuprot tome, poput pješčanog sata", kaže Borbeli. - Pijesak se tijekom budnosti sipa odozdo u donju posudu, a kad zaspim, sat se prevrće. Stoga je za osjećaj dobrog odmora važno ne samo koliko smo vremena spavali u nizu, već i koliko vremena smo potrošili tokom dana da bismo formirali komponentu S. I to ima dobru praktičnu primjenu, poznatu mnogima: ako znate da će u sljedećem nećete moći dovoljno spavati noću, možete pokušati spavati rano sredinom prethodnog dana. I tada ćete se osjećati puno bolje.
A ovo je samo oprezan pogled na sustav odgovoran za san. Kao što kaže Jürgen Zulli, somnolog iz Regensburga, "Spavanje nije odmor, to je drugačije budjenje."
Anna Horuzhaya