"SLEEPING BRAIN": Πως επηρεάζει τον ύπνο ο εγκέφαλός μας
Έγινε ενημέρωση: 5 Απρ 2021
της Σοφίας Ισαακίδου
Τι συμβαίνει στον εγκέφαλο μας όταν κοιμόμαστε; Πως ρυθμίζεται ο ύπνος και από ποια στάδια περνά κατά τη διάρκεια της νύχτας; Ο ύπνος παραμένει μία από τις πιο μυστηριώδεις συμπεριφορές των ζώων. Σε αντίθεση με τη περίοδο εγρήγορσης, η οποία περιγράφεται ως ένα σύνολο καταστάσεων συμπεριφοράς, κατά την οποία εμφανίζονται κινήσεις και αποκρίσεις σε εσωτερικά και εξωτερικά ερεθίσματα, ο ύπνος είναι μια φαινομενικά μη παραγωγική συμπεριφορική κατάσταση, με μειωμένη κινητικότητα μυών, μεταβολικού ρυθμού και σημαντική μείωση συνείδησης.
Πρώτη γνωριμία με τις 2 φάσεις ύπνου
Ο ύπνος χωρίζεται σε δύο βασικές φάσεις, τον Non-REM και τον REM:
ο Non-REM ύπνος (NREM), ο οποίος χαρακτηρίζεται από ήρεμο ύπνο, χωρίς ταχεία κίνηση των ματιών (75%),
ο REM ύπνος, ο οποίος χαρακτηρίζεται από γρήγορη κίνηση των ματιών, έντονη εγκεφαλική δραστηριότητα (όμοια με ελαφρύ ύπνου στα όρια αφυπνισμένου εγκεφάλου) και βαθύ ύπνο με μυϊκή παράλυση (25%).
Αρκετές περιοχές του εγκεφάλου μας ρυθμίζουν επιλεκτικά την εγρήγορση, τον REM και τον non-REM ύπνο. Κατά τη διάρκεια του ύπνου περνάμε συνολικά από 4 στάδια: 3 Non-REM και 1 REM. Ο εγκέφαλος μας εναλλάσσεται μεταξύ Non-REM και REM ύπνου και κάθε κύκλος (συνολικά 4-5 κύκλοι) διαρκεί 90-120 λεπτά.
Ο πρώτος κύκλος REM διαρκεί μόνο 5-10 λεπτά, ωστόσο η διάρκειά του αυξάνεται στους επόμενους κύκλους. Καθώς εισερχόμαστε στον Non-REM ύπνο, η συνείδηση εξασθενεί και στα βαθύτερα στάδια δεχόμαστε μόνο τα πιο ισχυρά και έντονα ερεθίσματα. Κατά τη διάρκεια του REM ύπνου είναι σύνηθες να βλέπουμε ζωηρά, συναισθηματικά όνειρα, τα οποία συνοδεύονται από γρήγορες κινήσεις των ματιών και διακυμάνσεις στο καρδιακό ρυθμό και την αναπνοή.
Fun Fact Ονειρευόμαστε τουλάχιστον 2 ώρες κάθε νύχτα.
Πως επηρεάζει ο εγκέφαλος τον Non-REM ύπνο;
Στη ρύθμιση του Non-REM ύπνου συμβάλλουν αρκετές περιοχές του εγκεφάλου, όπως η προοπτική περιοχή του υποθαλάμου, ο βασικός πρόσθιος εγκέφαλος, το εγκεφαλικό στέλεχος και ο εγκεφαλικός φλοιός.
Οι νευρώνες της προοπτικής περιοχής απελευθερώνουν νευροδιαβιβαστές που αναστέλλουν την εγρήγορση και προάγουν τον Non-REM ύπνο.
Στον βασικό πρόσθιο εγκέφαλο, οι νευρώνες που είναι υπεύθυνοι για τον NREM ύπνο, ενεργοποιούνται λίγα δευτερόλεπτα πριν την έναρξη του.
Από την άλλη, οι νευρώνες του εγκεφαλικού στελέχους που είναι ενεργοί κατά τον Non-REM ύπνο, αναστέλλουν κάποιους άλλους νευρώνες, υπεύθυνους για την εγρήγορση.
Τέλος, ο εγκεφαλικός φλοιός περιέχει επίσης κάποιους ενεργούς νευρώνες κατά τη διάρκεια του Non-REM ύπνου, των οποίων η έλλειψη οδηγεί σε μικρότερη χρονική διάρκεια του.
Και πως o εγκέφαλος επηρεάζει τον REM ύπνο;
Ο ύπνος REM εμφανίζει έντονη εγκεφαλική δραστηριότητα που παραπέμπει περισσότερο στη κατάσταση εγρήγορσης, παρά σε αυτή του ύπνου. Παράδοξα χαρακτηριστικά του ύπνου REM, είναι ο βαθύς ύπνος και η μυϊκή παράλυση από την οποία συνοδεύεται, σε αντίθεση με την έντονη εγκεφαλική δραστηριότητα που παρατηρούμε κατά τη διάρκεια του. Η ρύθμιση του ύπνου REM βασίζεται σημαντικά στο εγκεφαλικό στέλεχος και κυρίως σε ένα τμήμα του, το ραχιαίο πυρήνα της καλύπτρας (SLD).
Στη περιοχή αυτή, οι νευρώνες αλληλεπιδρούν με άλλους νευρώνες του εγκεφάλου και επάγουν την αναστολή των κινητικών νευρώνων στη σπονδυλική στήλη. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η μυϊκή παράλυση. Άλλες περιοχές του εγκεφαλικού στελέχους ευθύνονται για τη μετάβαση από τον Non-REM στον REM.
Μία ακόμη περιοχή του εγκεφάλου που φαίνεται να επηρεάζει τον REM ύπνο, είναι ο υποθάλαμος. Συγκεκριμένα, νευρώνες ενεργοί κατά τον REM ύπνο έχουν βρεθεί στην προοπτική περιοχή του υποθαλάμου καθώς και στο πλευρικό και οπίσθιο υποθάλαμο. Οι νευρώνες αυτοί παράγουν το νευροπεπτίδιο της ορμόνης συγκέντρωσης μελανίνης, ωστόσο, στο πλευρικό υποθάλαμο υπάρχουν και οι νευρώνες ορεξίνης. Οι τελευταίοι, καταστέλλουν τον REM ύπνο, όταν είμαστε σε κατάσταση εγρήγορσης.
Τι σχέση έχει ο ύπνος με την ομοιόσταση;
Γιατί ξοδεύουμε το 1/3 της ζωής μας στον ύπνο; Μα φυσικά για να ανακάμψουμε, μετά την κόπωση που μας προκαλεί το να είμαστε ξύπνιοι, ώστε να είμαστε ικανοί να ανταπεξέλθουμε στις απαιτήσεις της επόμενης μέρας. Μετά από παρατεταμένη περίοδο εγρήγορσης, τείνουμε να κοιμόμαστε για μεγαλύτερες περιόδους ή σε μεγαλύτερη ένταση και αυτό οφείλεται στην ομοιοστατική ρύθμιση του ύπνου.
Σε περίοδο στέρησης ύπνου, αυξάνεται η συγκέντρωση ουσιών που δρουν ως υπνωτικά, με στόχο τη προώθηση του ύπνου. Για παράδειγμα, σε περιοχές όπως ο πρόσθιος εγκέφαλος και ο φλοιός, κατά τη διάρκεια της εγρήγορσης αυξάνεται η συγκέντρωση ενός νευροδιαβιβαστή, της αδενοσίνης, η οποία προάγει τον ύπνο, ενώ στη συνέχεια μειώνεται όσο κοιμόμαστε. Άλλες ουσίες που αυξάνονται κατά την εγρήγορση και προάγουν τον ύπνο είναι η προσταγλαδίνη, οι κυτοκίνες και το μονοξείδιο του αζώτου.
Fun Fact Η καφεΐνη μας βοηθά να μένουμε ξύπνιοι, διότι συνδέεται στη θέση της αδενοσίνης, αποτρέποντας έτσι την αίσθηση υπνηλίας.
Έχει ο ύπνος... ώρα;
Εκτός από τον ομοιοστατικό μηχανισμό, ο άλλος μηχανισμός ρύθμισης του ύπνου είναι μέσω του κιρκαδικού συστήματος. Το κιρκαδικό σύστημα είναι αυτό που συγχρονίζει τον κύκλο ύπνου/εγρήγορσης με αυτόν του φωτός/σκοταδιού (Για περισσότερες πληροφορίες τσέκαρε, Ο ρυθμός της ζωής: Κατανοώντας το βιολογικό μας ρολόι). Σημαντικό ρόλο στη κιρκαδική ρύθμιση του ύπνου έχει ο υπερχιασματικός πυρήνας στον υποθάλαμο του εγκεφάλου, τον οποίο τροφοδοτούν με πληροφορίες σχετικά με το φως, κάποια φωτοευαίσθητα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδούς.
Αυτά τα γαγγλιακά κύτταρα περιέχουν τη φωτοχρωστική μελανοψίνη, με την οποία ανιχνεύονται οι αργές αλλαγές του φωτός, όπως η ανατολή και η δύση του ήλιου και ρυθμίζεται ο ρυθμός του ύπνου.
Κατά τη διάρκεια του σκοταδιού, εκκρίνεται από την επίφυση μία ορμόνη, η μελατονίνη, η οποία δρα στον υπερχιασματικό πυρήνα και βοηθά στη ρύθμιση έναρξης του ύπνου. Τελικά, ο υπερχιασματικός πυρήνας προάγει τον ύπνο καθ’ όλη τη διάρκεια της νύχτας, ακόμη και τις πρώτες πρωινές ώρες όταν η ομοιοστατική ρύθμιση σταματά να προάγει τον ύπνο.
Fun Fact Η έκθεση σε τεχνητό φως μέσω κινητών τηλεφώνων και άλλων ηλεκτρονικών συσκευών κατά τις βραδινές ώρες καθυστερεί τους κιρκαδικούς ρυθμούς και την έναρξη του ύπνου.
Τι να θυμάσαι:
Ο ύπνος διακρίνεται σε 2 κύριες φάσεις, τον Non-REM και τον REM ύπνο.
Ο Non-REM ύπνος ρυθμίζεται από διαφορετικούς νευρώνες της προοπτικής περιοχής του υποθαλάμου, του βασικού πρόσθιου εγκεφάλου, του εγκεφαλικού στελέχους και του εγκεφαλικού φλοιού.
Ο REM ύπνος ή αλλιώς παράδοξος ύπνος, ρυθμίζεται κυρίως από νευρώνες του εγκεφαλικού στελέχους αλλά και από τον πρόσθιο εγκέφαλο.
Ο ύπνος ρυθμίζεται από 2 ακόμη μηχανισμούς: τον ομοιοστατικό μηχανισμό που ενεργοποιείται σε κατάσταση έλλειψης ύπνου και το κιρκαδικό σύστημα μέσω της εναλλαγής φωτός/σκοταδιού.
Για περισσότερα, τσέκαρε εδώ:
Cirelli, C., Tononi, G. (2017). The Sleeping Brain. Cerebrum : the Dana forum on brain science, cer-07-17.
Weber, F., Dan, Y. (2016). Circuit-based interrogation of sleep control. Nature 538, 51–59. https://doi.org/10.1038/nature19773.
Scammell, T. E., Arrigoni, E., & Lipton, J. O. (2017). Neural Circuitry of Wakefulness and Sleep. Neuron, 93(4), 747–765. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2017.01.014
Tamakawa, Y., Karashima, A., Koyama, Y., Katayama, N., Nakao, M. (2006). A Quartet Neural System Model Orchestrating Sleep and Wakefulness Mechanisms. Journal of Neurophysiology, 95(4), 2055-2069.
Eικόνες από FLickr.com
Λίγα λόγια για την Σοφία Ισαακίδου...
"Γειά σας, ονομάζομαι Ισαακίδου Σοφία, κατάγομαι από τη Δράμα και είμαι φοιτήτρια βιολογίας στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Το ενδιαφέρον μου για τη βιολογία υπήρχε μέσα μου από τότε που θυμάμαι τον εαυτό μου, και εκφραζόταν μέσα από τις συνεχείς απορίες μου σχετικά με το ανθρώπινο σώμα, τη δημιουργία της ζωής, την εξέλιξη των ειδών, την διαιώνιση του DNA… Το ενδιαφέρον αυτό έγινε στη συνέχεια αγάπη και έτσι κατέληξα να διαλέξω αυτή την υπέροχη επιστήμη να με συντροφεύσει στην καθημερινότητα μου. Ιδιαίτερα με έχουν κερδίσει η αναπτυξιακή βιολογία και η συμβολή της βιολογίας στην αναπαραγωγή, με τα οποία και επιθυμώ να ασχοληθώ στο μέλλον. Εκτός από την Βιολογία, αγαπώ τον χορό, λατρεύω τις εξορμήσεις σε βουνό και θάλασσα για εξερεύνηση και χαίρομαι να περνώ τον χρόνο μου δημιουργώντας, με τη καλύτερη παρέα, τα παιδιά."