فرارو- در حین خواب و هنگام رؤیا دیدن، مغز علیرغم اینکه بدن در ظاهر آرام و بیتحرک است، فعالیتهای زیادی را انجام میدهد و یک مطالعه نوین بر روی موشها نشان میدهد که مرحله خواب REM با یک پیچیدگی متابولیکی قابلتوجه مواجه است!
به نقل از فرارو و سایتک دیلی، خواب بهظاهر به حالت آرامی و بیتحرکی تبدیل میشود، اما مغز در این زمان به طور قطعی در حال استراحت نیست. به ویژه در آن مرحله از خواب که با رؤیاهای زنده و حرکت سریع چشمها همراه است، مغز میتواند فعالیتهایی مشابه با زمان بیداری داشته باشد. یک تحقیق جدید از دانشگاه توهوکو در ژاپن نشان داده است که در این هنگام، پدیدهای شگفتانگیز در اقتصاد انرژی مغز روی میدهد: با وجود افزایش جریان خون و آمادهسازی منابع سوختی، مقدار انرژی فوری در دسترس نورونها کاهش مییابد.
این تحقیق میتواند دیدگاه ما را نسبت به خواب و فعالیت مغز در این دوران تغییر دهد. به نظر میرسد مغز در زمان خواب، برخلاف تصور عمومی، نهتنها غیرفعال نمیشود، بلکه در برخی لحظات به شدت مشغول فعالیتهای پیچیدهای است و ممکن است انرژی را سریعتر از میزان تأمین آن مصرف کند.
خواب REM؛ وقتی مغز مانند زمان بیداری فعال است
خواب REM یا «خواب با حرکت سریع چشم» یکی از مراحل کلیدی چرخه خواب به شمار میآید. در این مرحله، چشمها در حالی که پلکها بستهاند، به سرعت حرکت میکنند و رؤیاهای واضح، پیچیده و بعضاً عجیب همزمان با این حالت ایجاد میشوند. از سوی دیگر، اکثر عضلات بدن در حالتی شل و کمتحرک به سر میبرند.
این تضاد باعث شده تا خواب REM را گاه «خواب متناقض» بنامند؛ جایی که بدن در آرامترین وضعیت خود قرار دارد، اما مغز میتواند به وضوح بسیار فعال باشد. محققان خواب REM را با فرایندهایی چون پردازش خاطرات، تنظیم هیجانات و ارتباط بین بخشهای مختلف مغز مرتبط دانستهاند. اما هنوز مشخص نیست که مغز به طریقی خاص چگونه انرژی لازم برای این فعالیتها را تأمین میکند.
تحقیقکنندگان دانشگاه توهوکو برای یافتن پاسخ، تغییرات انرژی مغز موشها را در زمان خواب طبیعی مورد بررسی قرار دادند. آنها با بهرهگیری از یک روش تصویربرداری پیشرفته توانستند بدون نیاز به برداشتن بخشی از جمجمه، فعالیت نواحی وسیعی از قشر مغز را زیر نظر قرار دهند.
سه متغیر کلیدی بهطور همزمان مورد تحلیل قرار گرفت: حجم خون در قشر مغز، میزان پیرووات در آستروسیتها و سطح ATP در نورونها. ATP یا آدنوزین تریفسفات به نوعی «واحد انرژی فوری» سلول به شمار میآید؛ مولکولی که انرژی لازم برای بسیاری از فعالیتهای سلولی را تأمین میکند. پیرووات نیز یکی از محصولات مهم حاصل از پردازش گلوکز است که میتواند در تولید انرژی مورد استفاده قرار گیرد.
مغز پیش از ورود به رؤیا، خود را برای مصرف انرژی آماده میکند
یکی از یافتههای جالب این پژوهش نشان میدهد که مغز حتی پیش از آغاز خواب REM برای نیاز انرژی این مرحله آماده میشود. محققان متوجه شدند که حجم خون در قشر مغز تقریباً ۵۰ ثانیه پیش از شروع خواب REM افزایش مییابد. این افزایش ابتدا در نواحی پشتی مغز مشاهده شد و سپس به سمت نواحی جلویی توسعه یافت.
این موضوع نمایانگر این است که مغز ممکن است قبل از آغاز رسمی مرحله REM، سیستم تأمین انرژی خود را فعال کند؛ گویی چند ده ثانیه پیش از ورود به دورهای با فعالیت عصبی بالا، از آن آگاه است. پس از شروع خواب REM، میزان پیرووات در آستروسیتها نیز افزایش یافت. آستروسیتها سلولهای حمایتکننده مغز هستند که میان رگهای خونی و نورونها قرار دارند و نقش اساسی در جذب و پردازش مواد سوختی ایفا میکنند.
بنابراین به نظر میرسید که مغز هم خون بیشتری دریافت میکند و هم مواد اولیه بیشتری برای تولید انرژی در اختیار دارد. اما در همین جا، یک پدیده غیرمنتظره رخ داد.
کاهش انرژی نورونها؛ علیرغم در دسترس بودن سوخت بیشتر
برخلاف افزایش جریان خون و پیرووات، سطح ATP در نورونها کاهش یافت. این نتیجه در نگاه اول شاید عجیب به نظر برسد. اگر خون بیشتری به مغز میرسد و آستروسیتها هم مواد متابولیکی بیشتری دارند، چرا سطح انرژی فوری در نورونها افزایش نمییابد؟
یکی از دلایل محتمل این است که نورونها در خواب REM با سرعت بسیار بالایی انرژی مصرف میکنند. فعالیت شدید شبکههای عصبی، پردازش اطلاعات، تنظیم هیجانات، بازسازی مدارهای مغزی و برقراری ارتباط میان بخشهایی چون هیپوکامپ و قشر مغز همه نیازمند انرژی بالایی هستند.
در چنین شرایطی، ممکن است سرعت مصرف ATP برای مدتی بیشتر از سرعت تولید آن باشد. در نتیجه، سطح ATP به پایین میافتد؛ نه لزوماً به این دلیل که مغز با کمبود سوخت مواجه است، بلکه چون نورونها انرژی موجود را با سرعت بیشتری مصرف میکنند.
محققان همچنین احتمال دیگری را مطرح کردهاند: شاید در خواب REM، نحوه انتقال مواد سوختی از آستروسیتها به نورونها تغییر یابد. علاوه بر این، ممکن است میتوکندریها، بخشهای انرژیزا درون سلولها، در این مرحله شیوه فعالیت خود را بهطور موقتی تغییر دهند.
هنوز معلوم نیست کدامیک از این توضیحات نقش اصلی را دارد و برای ارائه پاسخ قطعی، نیاز به تحقیقات بیشتری وجود دارد.
افزایش خون همیشه به معنای افزایش انرژی نیست
یکی از پیامهای کلیدی این مطالعه این است که افزایش جریان خون در مغز بهتنهایی نمیتواند گویای مقدار انرژی قابلاستفاده نورونها باشد. در خواب REM، خون بیشتری به قشر مغز میجوشد و آستروسیتها نیز پیرووات بیشتری را در خود ذخیره میکنند، اما سطح ATP نورونها بالا نمیرود.
این یافته نشاندهنده این است که اقتصاد انرژی مغز به مراتب پیچیدهتر از یک زنجیره ساده «خون بیشتر، سوخت بیشتر، انرژی بیشتر» است. ورودی خون، پردازش گلوکز، انتقال سوخت بین سلولها، تولید ATP و مصرف انرژی میتوانند تا حدودی بهطور مستقل از یکدیگر تحت کنترل قرار گیرند. به نظر میرسد مغز منابع خود را بر اساس نیازهای لحظهای جابجا میکند و لزوماً تمامی عناصر سیستم انرژی آن بهصورت همزمان افزایش یا کاهش نخواهند یافت.
چرا مغز با انرژی محدود اینهمه فعالیت میکند؟
این یافتهها ممکن است به یکی از ویژگیهای شگفتانگیز مغز مرتبط باشند: توانایی انجام فعالیتهای بسیار پیچیده با مصرف انرژی نسبتا پایین. مغز یک فرد بزرگسال در حدود ۲۰ وات انرژی مصرف میکند؛ رقمی که قابل مقایسه با توان یک لامپ کممصرف است. با وجود این، مغز به طور مداوم در حال پردازش اطلاعات، کنترل حرکات، ذخیرهسازی و بازیابی خاطرات، تنظیم احساسات و انجام بسیاری از عملکردهای حیاتی بدن است.
به نظر میرسد مغز به منظور دستیابی به این بهرهوری، انرژی را بهطور یکنواخت بین تمامی بخشها توزیع نمیکند. بلکه، منابع محدود خود را بر اساس نیازهای لحظهای بازتخصیص میدهد. خواب REM نمونه جالبی از این فرآیند است. در این فاز، برخی شبکههای عصبی ممکن است فعالیت بیشتری داشته باشند و مغز همزمان شیوههای انتقال و مصرف انرژی را برای پشتیبانی از این فعالیتها تغییر میدهد.
آیا رؤیاهای شدید مغز را خسته میکنند؟
یکی از پرسشهای جالبی که این مطالعه مطرح میسازد، این است: آیا میتوان احساس خستگی پس از یک رؤیای بسیار واضح را به فعالیت شدید مغز در خواب REM مرتبط کرد؟
این تحقیق هنوز چنین رابطه مستقیمی را تأیید نکرده است. با این وجود، یافتههای آن نشان میدهند که خواب REM دورهای کاملاً غیرفعال نیست. در حالی که بدن تقریباً بیحرکت است، مغز میتواند مشغول پردازش اطلاعات و تنظیم شبکههای عصبی باشد و انرژی را با سرعت بالایی مصرف کند.
کاهش سطح ATP در این فاز نیز ممکن است نشانهای از همین مصرف بالای انرژی باشد، اگرچه هنوز نمیتوان آن را بهعنوان دلیل مستقیم احساس خستگی پس از خواب تلقی کرد. اهمیت این پژوهش تنها به رؤیاها محدود نمیشود. خواب نقش کلیدی در عملکرد طبیعی مغز ایفا میکند و دانشمندان سالهاست در تلاشند تا بفهمند مغز چگونه در این دورۀ زمانی اطلاعات را پردازش میکند، خاطرات را تثبیت مینماید و خود را برای فعالیتهای روز بعد آماده میسازد.
تحقیق اخیر نشان میدهد که برای درک بهتر این فرایندها، نباید فقط به میزان خون یا سوختی که به مغز وارد میشود، تمرکز کرد. مهمتر این است که بدانیم این مواد در سلولها چگونه پردازش میشوند، چگونه میان آنها منتقل میگردند و با چه سرعتی به انرژی قابلاستفاده برای نورونها تبدیل میشوند.
در نهایت، خواب REM تصویری متفاوت از مفهوم «استراحت» به ما ارایه میدهد. ممکن است بدن در خواب آرام و بیتحرک باشد، اما مغز همچنان در حال فعالیت، پردازش اطلاعات و مدیریت منابع انرژی است. شاید یکی از رازهای خواب هم همین باشد: مغز در سکوت شب، بدون اینکه ما آگاه باشیم، به فعالیتهای پیچیده خود ادامه میدهد و حتی برای تأمین انرژی این فعالیتها، سیستم متابولیکی خود را از نو تنظیم میکند.
نظرات کاربران