Όπως οι περισσότερες ερωτήσεις που αφορούν τη βιολογία, η ερώτηση «Γιατί χρειαζόμαστε ύπνο;» έχει ενδεχομένως περισσότερες από μία απαντήσεις. Ερευνητές από το John Hopkins Hospital σήμερα δοκιμάζουν μερικές νέες θεωρίες που σκοπό έχουν να εξηγήσουν τι συμβαίνει στον εγκέφαλό μας το 1/3 περίπου της ημέρας.

Κάθε νευρώνας του εγκεφάλου δέχεται «σήματα» από 1.000 έως 10.000 συνδετικούς νευρώνες κάθε φορά. Στη συνέχεια εκπέμπει δικά του «σήματα» σε παρόμοια συχνότητα και «ένταση».

Κάθε σύνδεση, ή σύναψη, μεταξύ των νευρώνων μεταφέρει σήματα σε μορφή μορίων που λέγονται νευροδιαβιβαστές. Αλλάζοντας τον αριθμό των υποδοχέων στο άκρο της σύναψης, ο νευρώνας μπορεί να αυξήσει ή να μειώσει την ευαισθησία του στα σήματα που στέλνονται από αυτή τη σύναψη, με αποτέλεσμα αυτή να ενισχύεται ή να αποδυναμώνεται.

Η μνήμη και η μάθηση είναι αποτέλεσμα της δημιουργίας νέων συνάψεων ή της ενδυνάμωσης και αποδυνάμωσης των ήδη υπάρχουσων. Ο Graham Diering μελετά πώς ο ύπνος επηρεάζει την ισχύ των συνάψεων στον πρόσθιο εγκέφαλο ποντικών. Η περισσότερη σκέψη συμβαίνει στον πρόσθιο εγκέφαλο. Εκεί δημιουργούνται επίσης τα περισσότερα ηλεκτρικά εγκεφαλικά κύματα, τα οποία παρουσιάζουν μεγάλη διακύμανση στα διάφορα στάδια του ύπνου.

Ο Diering υποστηρίζει τη θεωρία ομοιοστατικής διακύμανσης η οποία ισχυρίζεται ότι οι συνάψεις του εγκεφάλου αποδυναμώνονται ομοιόμορφα κατά τον ύπνο. «Στο εργαστήριο, οι νευρώνες έχουν τη δυνατότητα να αυξάνουν και να μειώνουν τις συνάψεις τους ανάλογα με τον ερεθισμό που δέχονται. Αυτό που δεν ξέρουμε είναι αν το ίδιο γίνεται και στους ζωντανούς οργανισμούς, και αν ναι, σε ποια ποσότητα», είπε ο Diering.

Σύμφωνα με τη θεωρία της ομοιοστατικής διακύμανσης, οι συνάψεις ενδυναμώνονται κατά τη διάρκεια της ημέρας καθώς ο οργανισμός συλλέγει εμπειρίες και συσχετισμούς. Όταν όλες οι συνάψεις ενός νευρώνα φτάσουν στη μέγιστη ισχύ τους, χάνουν τη δυνατότητα απόκρισης σε νέα ερεθίσματα. Αν η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται συνεχώς στο σύνολο του εγκεφάλου χωρίς να «ιάται», ο εγκέφαλος προοδευτικά χάνει την ικανότητά του να απομνημονεύει καινούρια στοιχεία ή να ανακαλεί παλαιότερα. Αν οι συνάψεις αποδυναμώνονται συνολικά κατά τον ύπνο, οι νευρώνες ανακτούν την ικανότητά τους να αποκρίνονται σε εξωτερικά ερεθίσματα, διατηρώντας παράλληλα τις σχετικές διαφορές μεταξύ της συναπτικής ισχύος που δημιουργεί τις αναμνήσεις.

Ο Diering συνέκρινε την ποσότητα των πρωτεϊνών στις συνάψεις των ποντικών κατά τον ύπνο, με αυτή ποντικιών που ήταν ξύπνια. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν τη θεωρία της ομοιοστατικής διακύμανσης: Οι συναπτικές πρωτεΐνες είναι περισσότερες στα ποντίκια που ήταν ξύπνια σε σχέση με αυτά που κοιμούνται. Επιπλέον, αρκετές πρωτεΐνες που έχουν συνδεθεί με τη συναπτική ισχύ παρουσίασαν χαρακτηριστική διακύμανση κατά τον ύπνο. Ο Diering πιστεύει ότι χρειάζεται περαιτέρω έρευνα για να αποκρυπτογραφηθούν τα μόρια που ευθύνονται για αυτή τη διακύμανση.

Μία άλλη θεωρία για τον ύπνο και τις συνάψεις είναι η θεωρία της ενοποίησης των συστημάτων, η οποία θεωρεί τον ύπνο πιο ενεργή διαδικασία. Ο Alfredo Kirkwood, καθηγητής νευρολογίας, υποστηρίζει περισσότερο αυτή τη θεωρία αν και πρακτικά πιστεύει ότι η ομοιοστατική διακύμανση και η ενοποίηση των συστημάτων συμβαίνουν σε διαφορετικά στάδια του ύπνου.

«Κατά τον ύπνο ο εγκέφαλος οργανώνει τις εμπειρίες της ημέρας και αποφασίζει ποιες πρέπει να κρατήσει και ποιες δεν αξίζει να διατηρήσει», είπε. Πιστεύει ότι οι συνάψεις που δεν ενδυναμώθηκαν κατά τη διάρκεια της ημέρας θα αποδυναμωθούν περισσότερο κατά τον ύπνο, ενώ οι ισχυρές θα ενδυναμωθούν περισσότερο. Για να περιγράψει καλύτερα τη θεωρία αυτή, παρομοιάζει τη λειτουργία του εγκεφάλου με μία βιβλιοθήκη. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, βιβλία έρχονται και φεύγουν, οι επισκέπτες διαβάζουν βιβλία και τα αφήνουν σε διάφορα σημεία. Όταν η βιβλιοθήκη κλείνει, οι βιβλιοθηκάριοι προετοιμάζονται για την επόμενη ημέρα τοποθετώντας τα βιβλία στη θέση τους. Ο Kirkwood πιστεύει ότι κάτι αντίστοιχο συμβαίνει και στον εγκέφαλο.

Είναι δυνατό για τις αλλαγές που γίνονται κατά τη διάρκεια του ύπνου, να ευθύνονται οι ίδιοι νευροδιαβιβαστές που καθορίζουν τη γενικότερη διάθεση του οργανισμού. Τα μόρια αυτά μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τη συναπτική ισχύ σε μεγάλες περιοχές του εγκεφάλου. Είναι επίσης γνωστό ότι η ποσότητά τους  αλλάζει στα διάφορα στάδια του ύπνου. Για παράδειγμα, κατά το βαθύτερο ύπνο (REM), η ακετυλοχολίνη είναι άφθονη, αλλά η ντοπαμίνη και η αδρεναλίνη είναι απούσες.

Προκειμένου να καθορίσει την επίδραση του ύπνου στον εγκέφαλο των ποντικών, ο Kirkwood σχεδιάζει να μετρήσει την ισχύ μεμονομένων συνάψεων σε τμήματα του εγκεφάλου των ποντικών πριν και μετά από κάθε στάδιο του ύπνου. Επιπλέον, μπορεί να χορηγήσει φάρμακα στα ποντίκια που επηρεάζουν μόνο συγκεκριμένα στάδια του ύπνου. Ο Kirkwood προσπαθεί να καταλάβει την εγκεφαλική λειτουργία κατά τον ύπνο με σκοπό να αναπτύξει θεραπείες για ανθρώπους με μειωμένη μαθησιακή λειτουργία.

Μία τρίτη θεωρία, γνωστή ως “taking out the trash”, υποστηρίζει ότι κατά τη διάρκεια του ύπνου ο εγκέφαλος απομακρύνει επιβλαβή μόρια και υπολείμματα που έχουν συσσωρευτεί κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η θεωρία αυτή αναλύεται από τον Adam Spira, ο οποίος εξετάζει ιδιαιτέρως την επίδραση του ύπνου στην εμφάνιση της νόσου Alzheimer, καθώς στο παρελθόν η νόσος έχει σχετιστεί με διαταραχές του ύπνου. Αρχικά, αρκετές έρευνες είχαν ταυτοποιήσει τις διαταραχές του ύπνου σαν σύμπτωμα της νόσου. Ωστόσο, μεταγενέστερα, νέες έρευνες απέδειξαν συσχέτιση μεταξύ ύπνου χαμηλής ποιότητας και έκπτωσης των νοητικών λειτουργιών. Το γεγονός αυτό δημιούργησε την πεποίθηση ότι οι διαταραχές του ύπνου ενδεχομένως επιδεινώνουν τη νόσο Alzheimer και δεν αποτελούν σύμπτωμά της.

Ο Spira, με τη βοήθεια ενός άλλου ερευνητή, του Mark Wu, προσπάθησαν να ανιχνεύσουν κάποια συσχέτιση μεταξύ της ποιότητας του ύπνου και της εγκεφαλικής υγείας. Διεξήγαγαν για το σκοπό αυτό μία έρευνα με 70 εθελοντές. Οι εθελοντές στους οποίους παρατηρήθηκε μικρότερη διάρκεια ύπνου ή είχαν κάποια άλλη διαταραχή του ύπνου, είχαν μεγαλύτερες ποσότητες β αμυλοειδούς στον εγκέφαλό τους. Το β αμυλοειδές είναι μία πρωτεΐνη που συσσωρεύεται στον εγκέφαλο των ασθενών με νόσο Alzheimer και θεωρείται ότι ευθύνεται για την έκπτωση των γνωστικών λειτουργιών.

Μία άλλη έρευνα έδειξε ότι η ροή υγρών μεταξύ των εγκεφαλικών κυττάρων αυξάνεται κατά τη διάρκεια του ύπνου, με αποτέλεσμα να απομακρύνεται ευκολότερα το β αμυλοειδές.

Ο Spira παρατήρησε επίσης ότι τα υγιή κύτταρα παράγουν επίσης β αμυλοειδές και η ποσότητα του τελευταίου αυξάνεται με τη δραστηριότητα των συνάψεων. Επομένως, αν η θεωρία της ομοιοστατικής διακύμανσης είναι σωστή, λιγότερες ώρες ύπνου συνεπάγονται περισσότερη μεγαλύτερη δραστηριότητα και επομένως μεγαλύτερη παραγωγή β αμυλοειδούς. Ο διακοπτόμενος ύπνος μπορεί επίσης να σημαίνει ότι τα στάδια του ύπνου δεν ολοκληρώνονται με αποτέλεσμα να υπάρχουν συνέπειες στις γνωστικές λειτουργίες.

Τελικά, οι μηχανισμοί του ύπνου πρέπει να αναλυθούν βαθύτερα σε μοριακό επίπεδο με σκοπό να αποσαφηνιστεί η επίδρασή του στην εγκεφαλική λειτουργία.

Βιβλιογραφία: Johns Hopkins Medicine