Naukowcy badają sen u gadów. Zaskakujące wnioski?
Nowe badania nad snem u gadów ujawniają zaskakujące podobieństwa między sieciami kontrolującymi rytmy ruchowe a tymi kontrolującymi sen.
Typowe cechy snu obejmują zmniejszoną ruchliwość, zmniejszone napięcie mięśni i zwiększoną potrzebę snu po okresach deprywacji, na przykład po nocy spędzonej poza domem. Ostatnie badania w Instytucie Maxa Plancka ds. Badań Mózgu dostarczają ważnych spostrzeżeń na temat tego, w jaki sposób rytmy snu są kontrolowane u gada, Pogona vitticeps.
U ssaków, ptaków i niektórych gadów sen można podzielić na dwa podstawowe stany: sen wolnofalowy (SWS) i sen z szybkimi ruchami gałek ocznych (REMS). SWS charakteryzuje się wolnymi falami mózgowymi i występuje jako pierwszy, gdy zasypiamy, podczas gdy REMS charakteryzuje się aktywnością mózgu podobną do tej, którą obserwujemy, gdy jesteśmy obudzeni, wraz z szybkimi ruchami gałek ocznych i okazjonalnymi drganiami mięśni. Przemienność SWS i REMS tworzy to, co jest znane jako ultradianowy rytm snu, którego cechy czasowe różnią się znacząco między gatunkami. Na przykład u ludzi cykl snu SWS, po którym następuje REMS, trwa około 1 do 1,5 godziny, co daje pięć do sześciu cykli na typową noc.
Wcześniejsze badania u gadów
Osiem lat temu grupa badawcza kierowana przez dyrektora Maxa Plancka Gillesa Laurenta odkryła stan podobny do REM u gada, Pogona vitticeps, długo po tym, jak REM został odkryty najpierw u ssaków, a później u ptaków. Odkrycie to sugeruje, że sen REM może być cechą przodków, która jest wspólna dla gadów, ptaków i ssaków (zwanych zbiorczo owodniowcami) i mogła istnieć już u ich wspólnego przodka 320 milionów lat temu.
Sen jaszczurki miał inną intrygującą cechę: jej REMS jest mniej więcej tak długi jak SWS, przy czym obie fazy trwają około minuty na cykl. Ten wzór skutkuje 200 do 250 cyklami snu na noc, co pozwala zespołowi badawczemu, w tym badaczom podoktoranckim Lorenzowi Fenk i Luisowi Riquelme, zbadać mechanizmy stojące za naprzemiennymi stanami mózgu podczas snu. Zrozumienie, co napędza te zmiany, pozostaje trudnym zadaniem, pomimo dziesięcioleci badań nad snem u różnych gatunków.
W swoim badaniu naukowcy odkryli, że cechy ultradianowego rytmu snu jaszczurki są zgodne z wynikami centralnego generatora wzorców (CPG) – wyspecjalizowanych obwodów neuronalnych, które generują rytmiczne sygnały motoryczne, takie jak chodzenie lub oddychanie. Chociaż CPG są ogólnie znane ze swojej roli w kontroli motorycznej, naukowcy doszli do wniosku, że są one również dobrze przystosowane do kontrolowania naprzemienności faz snu REM/SW.
– Ta koncepcja sennego CPG była całkowicie sprzeczna z intuicją, ponieważ CPG kontrolują sygnał motoryczny, podczas gdy sen charakteryzuje się niemal całkowitym brakiem aktywności motorycznej – zauważa Prof. Gilles Laurent z Instytutu Maxa Plancka.
Wykorzystując unikalne cechy snu Pogony, badacze poszukiwali cech charakterystycznych CPG, takich jak reset zależny od fazy i synchronizacja.
Naukowcy wyjaśniają, że reset zależny od fazy oznacza, że jeśli rytm jest dotknięty krótkim zewnętrznym zaburzeniem (podobnym do potknięcia się o kamień podczas chodzenia, co przerywa cykl chodzenia), rytm jest natychmiast dotknięty w sposób zależny od czasu (lub fazy), w którym nastąpiło zaburzenie. Synchronizacja jest w pewnym stopniu powiązana i opisuje skutki wymuszania odejścia rytmu od jego naturalnej częstotliwości (trochę szybciej lub trochę wolniej) przez rytmiczne dane wejściowe.
Znaleźliśmy dowody na oba, opierając się na kluczowej obserwacji, że krótkie impulsy światła dostarczane do zamkniętych oczu śpiących zwierząt niezawodnie resetują cykl REM-SW” – wyjaśnia Dr Lorenz Fenk z Instytuta Maxa Plancka.
Częściowo niezależna przemiana między snem i stanami snu
Naukowcy odkryli również, że rytm ten może być zaburzony nawet wtedy, gdy zwierzęta są obudzone, co sugeruje, że podstawowe obwody mogą być aktywowane w odpowiednich warunkach.
To ważne, ponieważ sugeruje, że sen i naprzemienność między fazami SWS i REMS są przynajmniej częściowo niezależne – dodał Fenk.
Ponadto naukowcy odkryli, że podczas gdy naprzemienność między fazami SWS i REMS występuje po obu stronach mózgu, rytm może zostać zresetowany i zaburzony tylko po jednej stronie. Po takim jednostronnym zaburzeniu rytmy snu po obu stronach szybko się resynchronizują, co wskazuje na istnienie dwóch CPG – po jednym dla każdej strony mózgu – które muszą być połączone, aby się zsynchronizować.
Te odkrycia są ekscytujące, ponieważ łączą obwody neuronowe tradycyjnie kojarzone z aktywnością motoryczną z regulacją stanów snu, gdy ciało jest w stanie spoczynku. Podnoszą ważne pytania m.in. dotyczące ewolucji snu i potencjalnie mogą pomóc odpowiedzieć na jedno z najważniejszych pytań dotyczących snu: jak powstał i po co?
Źródło: Instytut Maxa Plancka
Czytaj też: „Ptak grozy” sprzed milionów lat mógł mieć nawet 3 metry wysokości!
Grafika tytułowa: Chris Bahr / Unsplash
