Βλέποντας τον εγκέφαλο σαν έναν βιολογικό υπολογιστή του οποίου οι πόροι εξαντλούνται κατά την αφύπνιση, απέδειξαν ότι ο ύπνος επαναφέρει το «λειτουργικό σύστημα» του εγκεφάλου, επιστρέφοντάς τον σε ιδανική κατάσταση για βελτιστοποίηση της σκέψης και της επεξεργασίας.
Είναι ένα ερώτημα που ενοχλεί επιστήμονες και ερευνητές εδώ και αιώνες: γιατί κοιμόμαστε; Τι επιτυγχάνει η εκπλήρωση αυτής της βασικής ανάγκης; Αν ψάξετε στο google «γιατί κοιμόμαστε», θα λάβετε διάφορες απαντήσεις από διάφορες πηγές. Κάποιοι λένε ότι ο ύπνος απομακρύνει τις τοξίνες από τον εγκέφαλο, άλλοι λένε ότι βοηθά το σώμα να επισκευαστεί και να ανανεώσει την ενέργεια ή ότι είναι κρίσιμος για το σχηματισμό μακροπρόθεσμων αναμνήσεων.
Τώρα, μια μελέτη από ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις έδωσε τα πρώτα άμεσα στοιχεία που μπορεί να απαντήσουν στην ερώτηση.
«Ο εγκέφαλος είναι σαν ένας βιολογικός υπολογιστής», είπε ο Keith Hengen, ο αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης. «Η μνήμη και η εμπειρία κατά την αφύπνιση αλλάζουν τον κώδικα λίγο-λίγο, απομακρύνοντας σιγά-σιγά το μεγαλύτερο σύστημα από την ιδανική κατάσταση. Ο κεντρικός σκοπός του ύπνου είναι να αποκαταστήσει τη βέλτιστη υπολογιστική κατάσταση».
Η σύγκριση του εγκεφάλου με έναν πολύπλοκο υπολογιστή δεν είναι πολύ δύσκολη. Και οι δύο χρησιμοποιούν ηλεκτρικά σήματα για τη μετάδοση πληροφοριών, η μακροπρόθεσμη μνήμη είναι σαν ένας σκληρός δίσκος για αποθήκευση και ανάκτηση και οι νευρώνες μας μοιάζουν με κυκλώματα. Η χρήση υπολογιστή σημαίνει την εκτέλεση μιας σειράς διαδικασιών που μονοπωλούν τους πόρους στο παρασκήνιο που μπορεί να προκαλέσει την επιβράδυνσή του με την πάροδο του χρόνου. Εφαρμόζοντας την «υπόθεση της κρισιμότητας», οι ερευνητές στην τρέχουσα μελέτη θεώρησαν ότι ο εγκέφαλος δρα παρόμοια.
Στον τομέα της φυσικής, η κρισιμότητα περιγράφει ένα πολύπλοκο σύστημα που υπάρχει στο σημείο καμπής μεταξύ τάξης και χάους. Οι φυσικοί ανέπτυξαν για πρώτη φορά την έννοια της κρισιμότητας στα τέλη της δεκαετίας του 1980, χρησιμοποιώντας ένα απλό σύνολο κανόνων για να ρίξουν χιλιάδες κόκκους άμμου σε ένα πλέγμα που μοιάζει με σκακιέρα. Οι σωροί της άμμου τελικά φτάνουν σε ένα σημείο όπου μεγάλες και μικρές πτώσεις, σαν χιονοστιβάδες, ξεκινούν χωρίς προειδοποίηση, με σωρούς σε ένα τετράγωνο να πέφτουν πάνω σε σωρούς σε άλλα τετράγωνα.
«Ολόκληρο το σύστημα οργανώνεται σε κάτι εξαιρετικά περίπλοκο», είπε ο Ralf Wessel, ένας από τους συν-συγγραφείς της μελέτης.
Εφαρμόζοντας την υπόθεση της κρισιμότητας στον εγκέφαλο, οι ερευνητές παρομοιάζουν κάθε νευρώνα με μεμονωμένους κόκκους άμμου ακολουθώντας πολύ βασικούς κανόνες. Οι νευρικές “χιονοστιβάδες” είναι παρόμοιες με τις “χιονοστιβάδες” άμμου που δημιουργούνται από τους φυσικούς, με τους “καταρράκτες” να είναι το χαρακτηριστικό ενός συστήματος που έχει φτάσει στην πιο περίπλοκη κατάστασή του. Εάν οι νευρώνες φτάσουν στο ιδανικό σημείο μεταξύ της υπερβολικής τάξης και του υπερβολικού χάους, φτάνουν στην κρισιμότητα και εκεί μεγιστοποιείται η επεξεργασία πληροφοριών του εγκεφάλου.
Η θεωρία της κρισιμότητας είναι κάτι που διερεύνησαν οι Hengen και Wessel το 2019, αποδεικνύοντας ότι ο εγκέφαλος εργάζεται ενεργά για να διατηρήσει την κρισιμότητα. Στην τρέχουσα μελέτη, αυτοί και οι συνεργάτες τους ερευνητές, προσπάθησαν να κατανοήσουν τη λειτουργία του ύπνου στο πλαίσιο της κρισιμότητας. Μέτρησαν τις ηλεκτροφυσιολογικές αποκρίσεις μεμονωμένων νευρώνων στους οπτικούς φλοιούς νεαρών αρουραίων καθώς έκαναν ελεύθερα τους κανονικούς κύκλους ύπνου/αφύπνισης.
«Μπορείτε να παρακολουθήσετε αυτούς τους μικρούς καταρράκτες δραστηριότητας μέσω του νευρωνικού δικτύου», είπε ο Hengen. «Σε κρίσιμη κατάσταση, μπορεί να συμβούν “χιονοστιβάδες” κάθε μεγέθους και διάρκειας. Μακριά από την κρισιμότητα, το σύστημα τείνει περισσότερο να δημιουργεί πιο μικρές “χιονοστιβάδες” ή μόνο μεγάλες “χιονοστιβάδες”. Αυτό είναι ανάλογο με το να γράφεις ένα βιβλίο και να μπορείς να χρησιμοποιείς μόνο μικρές ή μεγάλες λέξεις».
Οι ερευνητές παρατήρησαν “χιονοστιβάδες” όλων των μεγεθών σε αρουραίους που μόλις είχαν ξυπνήσει από τον ύπνο αποκατάστασης. Κατά τη διάρκεια περιόδων εγρήγορσης, οι καταρράκτες μετατοπίζονταν προς όλο και μικρότερα μεγέθη. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι μπορούσαν να προβλέψουν πότε οι αρουραίοι επρόκειτο να κοιμηθούν ή να ξυπνήσουν παρακολουθώντας την κατανομή των νευρικών χιονοστιβάδων. Ο ύπνος ήταν κοντά όταν τα μεγέθη του καταρράκτη μειώθηκαν σε ένα ορισμένο σημείο.
«Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι κάθε στιγμή της εγρήγορσης απομακρύνει τα σχετικά κυκλώματα του εγκεφάλου από την κρισιμότητα και ο ύπνος βοηθά τον εγκέφαλο να επανέλθει», είπε ο Hengen.
Συνολικά, οι ερευνητές λένε ότι τα δεδομένα υποστηρίζουν ένα μοντέλο όπου ο ύπνος λειτουργεί για να αποκαταστήσει την κρισιμότητα, η οποία έχει υπονομευθεί σταδιακά κατά την αφύπνιση. Οι παρατηρήσεις τους ήταν συνεπείς με την υπόθεσή τους ότι η διατήρηση της κρισιμότητας είναι η βασική, αναγεννητική λειτουργία του ύπνου.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Neuroscience.
(photo: pixabay)
