Male oblasti mozga mogu otići na mikrospavanja dok je ostatak mozga budan i obrnuto

Spavanje i budno stanje su potpuno različita stanja koja definišu granice naših svakodnevnih života. Godinama naučnici mere razliku između tih instinktivnih moždanih procesa posmatrajući moždane talase – san definišu spori, dugotrajni talasi mereni desetim delovima sekunde koji putuju širom čitavog organa.

Sad je prvi put otkriveno da spavanje može biti detektovano pomoću obrazaca neuronalne aktivnosti merene milisekundama, što je novi način za razumevanje osnovnih obrazaca moždanih talasa koji upravljaju svešću, piše Science Daily.

Preporučujemo

Naučnici sa Univerziteta Vašington u Sent Luisu i Kalifornijskog univerziteta u Santa Kruzu takođe pokazuju da se male oblasti mozga mogu momentalno „probuditi“ dok ostatak mozga nastavlja da spava, kao i obrnuto.

„Spavanje ili budno stanje su najbitnija determinanta našeg ponašanja i sve ostalo proizilazi odatle. Iznenadilo nas je da različiti delovi naših mozgova zapravo idu na mala spavanja dok je ostatak mozga budan, iako su mnogi ljudi to možda već pomislili za svog partnera“, kažu naučnici uz sarkastičnu primedbu.

Razumevanje spavanja

Neuronaučnici proučavaju mozak pomoću snimaka električnih signala moždane aktivnosti, poznatih kao elektrofiziološki podaci, posmatrajući naponske talase dok se izdižu i padaju različitim brzinama. Upleteni u te talase su oštri obrasci individualnih neurona.

Veštačka nervna mreža je u ogromnoj količini podataka o moždanoj aktivnosti miševa razlikovala spavanje i budno stanje u samo nekoliko milisekundi moždane aktivnosti. To je ukazivalo da se model nije mogao oslanjati na spore talase kako bi naučio razliku između spavanja i budnog stanja.

Baš kao što slušanje hiljaditog dela sekunde neke pesme ne može da kaže da li ima spor ritam, bilo bi nemoguće da model odredi ritam koji se javlja tokom nekoliko sekundi posmatrajući samo nasumične izolovane milisekunde informacija.

„Ovo je dosad neviđen nivo detalja. Ranije se smatralo da su sve relevantne informacije u talasima sporije frekvencije. Naš rad pokazuje da – ako posmatrate samo detalje visokofrekventnog merenja tokom samo hiljaditog dela sekunde – tamo ima dovoljno podataka koji govore da li tkivo spava ili ne. Nešto se dešava na vrlo brzoj ravni“, kažu naučnici.

Lokalni obrasci

Pošto veštačka nervna mreža ne saopštava iz čega uči, naučnici su počeli da uklanjaju slojeve vremenskih i prostornih informacija kako bi otkrili obrasce učenja. Na kraju su ostali delići moždanih podataka u dužini od samo nekoliko milisekundi i na najvišim frekvencijama naponskih fluktuacija mozga.

Posmatrajući ove podatke, naučnici su utvrdili da je hiperbrzi obrazac aktivnosti između samo nekoliko neurona fundamentalni elemenat spavanja koji je model detektovao. Takvi obrasci se ne mogu objasniti tradicionalnim, sporim i raširenim talasima.

Istraživači pretpostavljaju da spori talasi koordiniraju brze, lokalne obrasce aktivnosti, ali zaključuju da su brzi obrasci mnogo bliži istinskoj suštini spavanja.

Posmatranje „prelaza“

Dok su posmatrali model koji predviđa spavanje ili budno stanje, istraživači su primetili nešto što je isprva ličilo na greške – u deliću sekunde bi model detektovao budno stanje u jednoj oblasti mozga dok je ostatak mozga spavao. Isto je primećeno i u budnim stanjima: u deliću sekunde jedna oblast bi zaspala dok su ostale oblasti bile budne. Te događaje su nazvali „prelazi“.

„Recimo da mali deo vašeg mozga zaspi dok ste budni – da li to znači da vaše ponašanje odjednom izgleda kao da spavate? To se dešavalo često“, kažu istraživači.

Posmatrajući ponašanje miševa, videli su da bi miš – kad bi oblast mozga zaspala dok je ostatak mozga bio budan – zastao jednu sekundu, skoro kao da je odsutan. Prelaz tokom spavanja (oblast mozga se probudi) reflektuje se u trzaju životinje dok spava.

Ovi prelazi su posebno iznenađujući jer ne slede ustanovljena pravila striktnog ciklusa kretanja mozga između budnog stanja preko ne-REM faze do REM faze.

„Vidimo prelaze iz budnog stanja u REM fazu, prelaze iz REM faze u ne-REM fazu – sve moguće kombinacije koje krše očekivana pravila. Mislim da otkrivaju odvojenost između makrostanja spavanja i budnosti na nivou čitave životinje i fundamentalne jedinice stanja u mozgu – brzih i lokalnih obrazaca“, kaže prof. Hengen sa Univerziteta Vašington.

Uticaj

Bolje razumevanje obrazaca koji se dešavaju na visokim frekvencijama i prelaza između spavanja i budnog stanja može doprineti izučavanju neurorazvojnih i neurodegenerativnih bolesti, povezanih sa poremećenim spavanjem. Naučnici su zainteresovani za dalje istraživanje na modelima cerebralnih organoida.

Znanje o spavanju i budnom stanju doprinosi razumevanju bolesti i rešavanju kliničkih problema, kao i mnogih slojeva složenosti mozga kao organa koji kontroliše ponašanje, emocije i još mnogo toga.

(Telegraf Nauka/Science Daily)