Dlaczego śpimy? Odpowiedź może się zmieniać tuż przed 3 rokiem życia

Ludzie spędzają około jednej trzeciej życia, śpiąc, a naukowcy od dawna debatują, dlaczego sen zajmuje tak ogromną część naszego czasu. Nowe badanie wskazuje, że główny powód, dla którego śpimy, zmienia się w zaskakująco określonym wieku.

Dwie wiodące teorie wyjaśniające, dlaczego śpimy, skupiają się na mózgu: jedna z nich mówi, że mózg wykorzystuje sen do reorganizacji połączeń między komórkami, budując sieci, które wspierają naszą pamięć i zdolność uczenia się; druga teoria mówi, że mózg potrzebuje czasu, aby usunąć z organizmu odpady metaboliczne, które gromadzą się w ciągu dnia. Neurolodzy spierają się o to, która z tych funkcji jest głównym powodem snu, ale nowe badanie ujawnia, że ​​odpowiedź może być inna w przypadku dzieci i dorosłych.

W badaniu, opublikowanym w czasopiśmie Science Advances, naukowcy wykorzystali model matematyczny, aby wykazać, że niemowlęta spędzają większość czasu snu w “głębokim śnie”, znanym również jako sen REM, podczas gdy ich mózgi szybko budują nowe połączenia między komórkami i rosną. Następnie, tuż przed osiągnięciem wieku 2 i pół roku, ich ilość snu REM dramatycznie spada, gdy mózg przechodzi w tryb konserwacji, wykorzystując głównie czas snu do oczyszczania i naprawy organizmu.

“To było dla nas zdecydowanie szokujące, że to przejście odbywa się tak gwałtownie”, od trybu wzrostu do trybu utrzymania, powiedział starszy autor badania Van Savage, profesor ekologii i biologii ewolucyjnej oraz medycyny obliczeniowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles i Santa Fe Institute. Naukowcy zebrali również dane dotyczące innych ssaków – mianowicie królików, szczurów i świnek morskich – i odkryli, że ich sen może ulec podobnej przemianie; Jednak jest zbyt wcześnie, aby stwierdzić, czy te wzorce są spójne u wielu gatunków.

To powiedziawszy, “Myślę, że w rzeczywistości może to nie być tak ostre” przejście, powiedziała Leila Tarokh, neurobiolog i lider grupy w Uniwersyteckim Szpitalu Psychiatrii i Psychoterapii Dzieci i Młodzieży na Uniwersytecie w Bernie, która nie była zaangażowana w badanie. Tempo rozwoju mózgu różni się znacznie u poszczególnych osób, a naukowcy mieli dość “skąpe” dane dzieci w wieku od 2 do 3 lat, powiedziała.

Pojawiająca się hipoteza

W poprzednim badaniu, opublikowanym w 2007 roku w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences, Savage i fizyk teoretyczny Geoffrey West odkryli, że rozmiar mózgu zwierzęcia i tempo metabolizmu mózgu dokładnie przewidują ilość czasu, przez jaki zwierzę śpi. Ogólnie rzecz biorąc, duże zwierzęta z dużymi mózgami i niskim tempem metabolizmu mózgu śpią krócej niż małe zwierzęta o przeciwnych cechach.

Zasada ta obowiązuje u różnych gatunków i między członkami tego samego gatunku; na przykład myszy śpią więcej niż słonie, a noworodki śpią częściej niż dorośli ludzie. Jednak wiedząc, że czas snu skraca się wraz z powiększaniem się mózgu, autorzy zastanawiali się, jak szybko ta zmiana zachodzi u różnych zwierząt i czy ma to związek ze zmieniającymi się funkcjami snu.

Aby zacząć odpowiadać na te pytania, naukowcy zebrali istniejące dane dotyczące ilości snu ludzi, zestawiając kilkaset pakietów danych dotyczących noworodków i dzieci do 15 roku życia. Zebrali również dane dotyczące wielkości mózgu, tempa metabolizmu, gęstości połączeń między komórkami mózgowymi, wielkość ciała i tempa metabolizmu oraz stosunku czasu spędzonego we śnie REM do snu bez REM w różnym wieku; badacze wyciągnęli te dane z ponad 60 badań ogółem.

Niemowlęta śpią około dwa razy więcej niż dorośli i spędzają większą część snu w fazie REM, ale od dawna pojawia się pytanie, czemu to służy, zauważyła Tarokh.

Autorzy badania zbudowali model matematyczny, aby śledzić wszystkie te zmieniające się w czasie dane i zobaczyć, jakie wzorce powstaną między nimi. Okazało się, że tempo metabolizmu mózgu było wysokie w okresie niemowlęcym, kiedy organ budował wiele nowych połączeń między komórkami, co z kolei korelowało z dłuższym czasem spędzonym w fazie REM. Doszli do wniosku, że długie godziny REM w okresie niemowlęcym wspierają szybką przebudowę mózgu, ponieważ tworzą się nowe sieci i dzieci nabywają nowe umiejętności. Następnie, między 2 a 3 rokiem życia, “połączenia nie zmieniają się tak szybko”, a ilość czasu spędzanego w REM maleje, powiedział Savage.

W tym czasie zmienia się również tempo metabolizmu komórek w korze mózgowej – pomarszczonej powierzchni mózgu. W okresie niemowlęcym tempo metabolizmu jest proporcjonalne do liczby istniejących połączeń między komórkami mózgowymi oraz energii potrzebnej do stworzenia nowych połączeń w sieci. Gdy tempo budowy zwalnia, to samo dzieje się z tempem metabolizmu.

“W ciągu pierwszych kilku lat życia mózg tworzy mnóstwo nowych połączeń… rozkwita i dlatego widzimy, jak dziecko nabywa ogrom nowych umiejętności” – powiedziała Tarokh. Psycholodzy rozwojowi nazywają to “okresem krytycznym” neuroplastyczności – zdolności mózgu do tworzenia nowych połączeń między komórkami. “Nie chodzi o to, że plastyczność znika” po tym krytycznym okresie, ale budowa nowych połączeń znacznie spowalnia, dodała Tarokh. Jednocześnie wzrasta stosunek snu nie-REM do fazy REM, co potwierdza pogląd, że nie-REM jest ważniejszy dla utrzymania mózgu niż neuroplastyczność.

Patrząc w przyszłość, autorzy planują zastosować swój matematyczny model snu do innych zwierząt, aby sprawdzić, czy podobne przejście od reorganizacji do naprawy następuje na wczesnym etapie ich rozwoju, powiedział Savage.

“Wiadomo, że ludzie są nietypowi pod względem stopnia rozwoju mózgu, który zachodzi po urodzeniu” – powiedział główny autor badania Junyu Cao, adiunkt na Wydziale Informacji, Ryzyka i Zarządzania Operacjami na Uniwersytecie Teksańskim w Austin.”Dlatego można sobie wyobrazić, że przejście fazowe opisane tutaj dla ludzi może nastąpić wcześniej u innych gatunków, być może nawet przed urodzeniem”.

Jeśli chodzi o ludzki sen, Tarokh zauważyła, że różne wzorce aktywności elektrycznej, występują w fazie REM w porównaniu ze snem nie-REM; – przyszłe badania mogą ujawnić, czy i jak poszczególne oscylacje kształtują mózg w miarę starzenia się, biorąc pod uwagę, że ilość czasu spędzonego w fazie REM zmienia się. Teoretycznie, zakłócenia tych wzorców mogą przyczynić się do zaburzeń rozwojowych, które pojawiają się w okresie niemowlęcym i wczesnym dzieciństwie – ale znowu, to tylko hipoteza.

 

Źródła: Nicoletta Lanese / Live Science

Unraveling why we sleep: Quantitative analysis reveals abrupt transition from neural reorganization to repair in early development

A quantitative, theoretical framework for understanding mammalian sleep

Zdjęcia: Unsplash

 

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x