Ο βαθύς ύπνος καθαρίζει τον εγκέφαλο!

Μπορεί ο ύπνος να θεωρείται ευεργετικός για την υγεία, αλλά συνεχίζει να απασχολεί τους επιστήμονες. Υπάρχουν βέβαια σημαντικές ενδείξεις ότι ο βαθύς ύπνος καθαρίζει τον εγκέφαλο!

Η αργή δραστηριότητα απουσία ονείρων, κατά τη διάρκεια του ύπνου, “καθαρίζει” τις λειτουργίες των νευρώνων.

Οι λόγοι για τους οποίους ο ύπνος έχει αποκαταστατικές ή καταστροφικές συνέπειες για την αντίληψη και την υγεία του εγκεφάλου παραμένουν ακόμη ως ένα διαρκές μυστήριο στη βιολογία. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι το εγκεφαλονωτιαίο υγρό (CSF) μπορεί να διώξει τα τοξικά απόβλητα, καθαρίζοντας τον εγκέφαλο, και μελέτες έχουν δείξει ότι η εκκαθάριση των “απορριμμάτων” που βρίσκονται μέσα σ’ αυτόν βελτιώνεται σημαντικά κατά τη διάρκεια του ύπνου. Δεν ήταν σίγουροι με ποιον τρόπο λειτουργούν ακριβώς όλα αυτά, ή γιατί ενισχύονται κατά τη διάρκεια του ύπνου.

Μια πτυχή του ύπνου που είναι κατανοητή, είναι το πώς οι αργές ηλεκτρικές ταλαντώσεις (ή «αργά κύματα») που χαρακτηρίζουν τον βαθύ ύπνο και όχι σε κατάσταση REM, συμβάλλουν στην ενοποίηση της μνήμης, τη διαδικασία με την οποία οι νέες μνήμες μεταφέρονται σε μακροπρόθεσμη αποθήκευση.

Μια νέα μελέτη, από μια ομάδα με επικεφαλής τη νευροεπιστήμονα Laura Lewis του Πανεπιστημίου της Βοστώνης, δίνει τώρα μια εικόνα για το τί οδηγεί το εγκεφαλονωτιαίο υγρό CSF να διαρρέει στον εγκέφαλο, υποδηλώνοντας ότι τα ίδια βραδεία κύματα συντονίζουν τις παλινδρομικές συσπάσεις μνήμης στη ροή του αίματος και στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό CSF στον εγκέφαλο.

Το έργο έχει επιπτώσεις στην κατανόηση των σχέσεων μεταξύ της διαταραχής ύπνου και των ψυχιατρικών και νευροεκφυλιστικών καταστάσεων, και μπορεί ακόμη και να υποδείξει νέες προσεγγίσεις στη διάγνωση και τη θεραπεία. “Ανακαλύψαμε ότι υπάρχουν πραγματικά μεγάλα κύματα εγκεφαλονωτιαίου υγρού CSF που εμφανίζονται στον εγκέφαλο μόνο κατά τη διάρκεια του ύπνου”, λέει ο Lewis. “Αυτό το φαινόμενο είναι πραγματικά εντυπωσιακό και μας ενδιαφέρει επίσης τί σημαίνει για τη διατήρηση της υγείας του εγκεφάλου, ειδικά σε διαταραχές όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ.”

Στη μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 31 Οκτωβρίου στο Science, η ομάδα έθεσε ως στόχο να διερευνήσει πώς μεταβάλλεται η δυναμική της ροής του εγκεφαλονωτιαίου υγρού CSF κατά τη διάρκεια του ύπνου, και πώς αυτό μπορεί να σχετίζεται με μεταβολές στη ροή του αίματος και της ηλεκτρικής δραστηριότητας στον εγκέφαλο. “Ξέρουμε ότι ο ύπνος είναι πραγματικά σημαντικός για την υγεία του εγκεφάλου, και η εκκαθάρισή του από τα “απόβλητα” είναι ίσως βασικός λόγος για τον οποίο αυτό που ήταν λιγότερο ξεκάθαρο είναι: “Γιατί αλλάζει αυτό κατά τη διάρκεια του ύπνου;” λέει ο Lewis. “Αυτό μας οδήγησε να ρωτήσουμε τι συνέβαινε στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό CSF.”

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (EEG) για την παρακολούθηση των κυμάτων εγκεφάλου δεκατριών ενηλίκων με υγιή ύπνο, χρησιμοποιώντας επίσης μια δραστική τεχνική fMRI για να καταγράψουν ταχύτερες αλλαγές από τις κανονικές fMRI που μπορούν να διαχειριστούν. Αυτό επέτρεψε τη μέτρηση τόσο των μεταβολών της οξυγόνωσης του αίματος (οι οποίες δείχνουν ότι το αίμα ρέει σε ηλεκτρικά ενεργές περιοχές είναι ελλιπείς σε οξυγόνο), όσο και στις ροές του εγκεφαλονωτιαίου υγρού CSF. Η τελευταία ήταν πραγματοποιήσιμη μόνο εξαιτίας ενός ελαττώματος σε αυτή τη μέθοδο, πράγμα που σημαίνει ότι κάθε νεοεισερχόμενο υγρό (όχι μόνο οξυγονωμένο αίμα) εμφανίζεται.

“Συνειδητοποιήσαμε ότι θα μπορούσαμε να επωφεληθούμε από αυτό για να μετρήσουμε την ροή του εγκεφαλονωτιαίου υγρού CSF, ταυτόχρονα με την οξυγόνωση του αίματος”, λέει ο Lewis. “Αυτό ήταν κρίσιμο, διότι αποδεικνύεται ότι αυτά συνδέονται στενά μεταξύ τους κατά τρόπο που ποτέ δεν θα είχαμε δει εάν δεν μετρούσαμε ταυτόχρονα το αίμα, το εγκεφαλονωτιαίο υγρό CSF και την ηλεκτρική δραστηριότητα.”

Αυτό που διαπίστωσε η ομάδα ήταν ότι τα αργά κύματα που παρατηρήθηκαν στον ύπνο, αλλά όχι στην κατάσταση REM, συμβαίνουν με αλλαγές τόσο στη ροή αίματος, όσο και στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό CSF. Ακριβώς επειδή αυτά συμβαίνουν μαζί, δεν σημαίνει απαραίτητα ότι το ένα προκαλεί το άλλο, αλλά η ομάδα δημιούργησε στον υπολογιστή επίσης ένα μοντέλο που ενσωματώνει αυτό που γνωρίζουμε για την επιστήμη της Φυσικής που συνδέει αυτές τις διαδικασίες, η οποία προέβλεπε ότι τα αργά κύματα θα είχαν ακριβώς αυτά τα είδη επιδράσεων στο αίμα και στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό CSF.

Αυτό που φαίνεται να συμβαίνει είναι ότι καθώς η δραστηριότητα του εγκεφάλου μεταβάλλει τη ροή του αίματος, αυτό μειώνει τον όγκο του αίματος στον εγκέφαλο και επειδή ο εγκέφαλος είναι ένα “κλειστό δοχείο”, το εγκεφαλονωτιαίο υγρό CSF ρέει για να γεμίσει το κενό. “Είναι πολύ πειστικό”, λέει ο νευρολόγος Maiken Nedergaard του Πανεπιστημίου του Rochester, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. “Έχει επίσης σημασία: η ηλεκτρική δραστηριότητα οδηγεί σε αλλαγές στη ροή του αίματος, οι οποίες στην συνέχεια οδηγούν σε αλλαγές στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό CSF.”

Καθώς τα αργά κύματα είναι σημαντικά για την ενοποίηση της μνήμης, αυτό συνδέει δύο διαφορετικές λειτουργίες του ύπνου. “Αυτό που είναι συναρπαστικό γι’ αυτό είναι ότι συνδυάζει χαρακτηριστικά της λειτουργίας του εγκεφάλου που οι άνθρωποι δεν σκέφτονται κανονικά όταν συνδέονται μεταξύ τους.”, λέει ο Nedergaard. “Δεν είναι φανερό ότι τα πράγματα έπρεπε να είναι έτσι”, λέει ο Lewis, “αλλά μπορεί να αποτελεί παράδειγμα της αποτελεσματικότητας της φύσης.” “Είναι θέμα της φύσης να μην διαιρούμε τα καθήκοντα μεταξύ υψηλότερου επιπέδου και χαμηλότερου επιπέδου, όπως το πώς διαχειρίζεται κάποιος μια εταιρεία, όπου έχει ένα αφεντικό που παίρνει αποφάσεις και ελέγχει τους νεοεισερχόμενους ανθρώπους”, λέει ο Nedergaard. “Στην επιστήμη της Βιολογίας, όλοι συνεισφέρουν, καθώς είναι κάτι που έχει πιο πολύ νόημα.”

Τα ευρήματα έχουν επιπτώσεις στις νευροεκφυλιστικές ασθένειες, οι οποίες πιστεύεται ότι προκαλούνται από τη δημιουργία τοξικών πρωτεϊνών στον εγκέφαλο, όπως το Β-αμυλοειδές στη νόσο του Αλτσχάιμερ. Προηγούμενη έρευνα έδειξε ότι το Β-αμυλοειδές καθαρίζεται πιο αποτελεσματικά κατά τη διάρκεια του ύπνου, το οποίο συχνά διαταράσσεται σε ασθενείς. Οι διαταραχές στον αργής δραστηριότητας ύπνο, συχνά συνοδεύουν επίσης τη γήρανση, η οποία μπορεί να συνδέεται με την επιδείνωση της γνωστικής λειτουργίας. “Γνωρίζουμε ότι τα άτομα με Αλτσχάιμερ έχουν λιγότερα αργά κύματα, έτσι μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι έχουν και λιγότερα κύματα του εγκεφαλονωτιαίου υγρού CSF.”, λέει ο Lewis.

“Πρέπει να κάνουμε αυτές τις μελέτες τώρα σε ηλικιωμένους και πληθυσμούς ασθενών για να καταλάβουμε τι μπορεί να σημαίνει αυτό για αυτές τις διαταραχές.” Η διαταραχή κατά τον ύπνο είναι επίσης ένα χαρακτηριστικό πολλών ψυχιατρικών διαταραχών, από την κατάθλιψη μέχρι τη σχιζοφρένεια. “Οι διαφορετικές ηλεκτρικές υπογραφές του ύπνου διαταράσσονται σε διαφορετικές ψυχιατρικές καταστάσεις.”, λέει. “Έτσι, αυτό θα είναι πολύ ενδιαφέρον να ακολουθήσουμε σε μια πληθώρα διαταραχών.”

Η επόμενη ομάδα ελπίζει να καταλάβει αν οι ηλεκτρικές ταλαντώσεις πραγματικά προκαλούν τις αλλαγές που παρατηρούνται στη ροή του εγκεφαλονωτιαίου υγρού CSF, πειραματιζόμενη με τον χειρισμό της εγκεφαλικής δραστηριότητας. “Θα ήταν σπουδαίο να βρούμε τον σωστό συνεργάτη και να κάνουμε μια μελέτη σε ποντίκια όπου χειριζόμαστε τη νευρική δραστηριότητα, και στην συνέχεια να παρακολουθούμε τις συνέπειες που ακολουθούν.”, λέει ο Lewis. “Σκεφτόμαστε επίσης τρόπους για την ασφαλή και μη επεμβατική χειραγώγηση των νευρωνικών ταλαντώσεων στους ανθρώπους”.

Μπορεί τελικά να είναι δυνατή η χρήση ηλεκτρομαγνητικής διέγερσης για να επηρεάσουμε τα κύματα του εγκεφάλου ως θεραπεία για τις διαταραχές του εγκεφάλου. Οι ερευνητές έχουν ήδη δει ενθαρρυντικά αποτελέσματα αυτής της προσέγγισης σε ποντίκια, και αυτά τα ευρήματα μπορεί να μας βοηθήσουν να εξηγήσουμε γιατί. Μια άλλη πιθανή εφαρμογή μπορεί να προκύψει από την εκτίμηση του κατά πόσο οι αλλαγές στις ροές του εγκεφαλονωτιαίου υγρού CSF μπορούν να χρησιμεύσουν ως διαγνωστικός δείκτης για ορισμένες από αυτές τις καταστάσεις.

“Μας δίνει έναν τόνο ενδιαφέρουσας νέας βιολογίας για να εξερευνήσουμε και να κατανοήσουμε, αφού μοιάζει με πράγματα που ο εγκέφαλος κάνει κατά τη διάρκεια του ύπνου και συνδέονται μεταξύ τους με εκπληκτικούς τρόπους.”, λέει ο Lewis. “Ίσως το πιο σημαντικό μήνυμα είναι ότι ο ύπνος είναι ένα σοβαρό ζήτημα.”, λέει ο Nedergaard. “Πραγματικά πρέπει να κοιμηθείτε για να διατηρήσετε έναν υγιή εγκέφαλο, επειδή συνδέει την ηλεκτρική δραστηριότητα με μια πρακτική λειτουργία, σαν αυτή του νοικοκυριού”.