Tento pocit zná téměř každý. Po noci plné špatného spánku je obtížnější se soustředit. Myšlenky se vám toulají, reakce se zpomalují a snižuje se vaše duševní bystrost, zejména když potřebujete být nejpozornější. Nový výzkum z MIT osvětluje, co se děje v mozku během těchto krátkých výpadků koncentrace. Studie ukazuje, že během dočasné ztráty koncentrace dochází k odtoku mozkomíšního moku (CSF) z mozku, což je proces, který normálně probíhá během spánku a pomáhá odstraňovat odpadní produkty, které se nahromadily během dne. Tato čisticí činnost je považována za důležitou pro zdraví a funkci mozku.

Tělo se snaží kompenzovat ztrátu spánku

Spánková deprivace označuje stav, kdy tělo a mozek nemají po delší či kratší dobu dostatek spánku, aby se plně zotavily a normálně fungovaly. Může k ní dojít, když je množství spánku pravidelně nižší, než jedinec potřebuje, nebo když je kvalita spánku snížená, například v důsledku častého probouzení nebo neodpočinkového spánku. Rozlišuje se mezi akutní spánkovou deprivací, ke které dochází po jednotlivých nocích s příliš malým množstvím spánku, a chronickou spánkovou deprivací, která trvá týdny nebo měsíce.

Když někdo trpí spánkovou deprivací, tělo se zřejmě snaží kompenzovat ztracený spánek spouštěním těchto pohybů tekutin během bdělé fáze. Tato kompenzace má však významnou nevýhodu: výrazně sníženou pozornost. „Když nespíte, CSF vlny vnikají do bdělé fáze, kde byste je normálně neviděli. Jsou však doprovázeny ztrátou pozornosti, protože pozornost ve chvílích, kdy se tato tekutinová vlna objeví, slábne,“ říká Laura Lewisová, docentka elektrotechniky a informatiky Athinoula A. Martinosová, členka Institutu pro lékařské inženýrství a vědu MIT a Výzkumné laboratoře elektroniky a přidružená členka Picowerova institutu pro učení a paměť. Lewisová je hlavní autorkou studie, která byla publikována v časopise Nature Neuroscience. Vedoucím autorem je postdoktorand MIT Zinong Yang.

Jak spánek čistí mozek

Spánek je nezbytný pro přežití, ale vědci stále plně nerozumí tomu, proč hraje tak zásadní roli. Jisté je, že spánek je nezbytný k udržení bdělosti a že nedostatek spánku prokazatelně zhoršuje pozornost a další duševní schopnosti. Na fyzické úrovni slouží spánek k regeneraci: opravují se buňky a tkáně, uvolňují se růstové hormony a posiluje se imunitní systém. Spánek hraje také ústřední roli v regulaci hormonů a metabolismu, například při řízení hladu, hladiny cukru v krvi a energetické rovnováhy.

Důležitá funkce spánku se týká mozkomíšního moku, který obklopuje a tlumí mozek. Během spánku pomáhá mozkomíšní mok odplavovat odpadní produkty, které se hromadí během bdění. Ve studii z roku 2019 Lewisová a její kolegové zjistili, že tato tekutina se během spánku pohybuje v rytmickém vzorci, který úzce souvisí se změnami aktivity mozkových vln.

Tento dřívější objev vyvolal novou otázku: Co se děje s tímto tekutinovým systémem, když je spánek narušen? Aby to vědci zjistili, přijali 26 dobrovolníků, kteří dvakrát absolvovali testy, jednou po noci strávené ve spánkové deprivaci v laboratoři a jednou po noci, kdy si dostatečně odpočinuli. Druhý den ráno účastníci provedli standardní úkol určený k posouzení účinků spánkové deprivace, zatímco vědci sledovali různé signály mozku a těla.

Měření pozornosti a průtoku tekutin v mozku

Během experimentu měl každý účastník na hlavě elektroencefalogramovou (EEG) čepici, která monitorovala mozkovou aktivitu, zatímco ležel ve skeneru funkční magnetické rezonance (fMRI). Tým použil speciální verzi fMRI, která dokázala sledovat jak hladinu kyslíku v krvi, tak pohyb mozkomíšního moku (CSF) do mozku a z mozku. Zaznamenávala se také srdeční frekvence, frekvence dýchání a velikost zornic.

Účastníci absolvovali ve skeneru dva testy pozornosti, jeden zrakový a jeden sluchový. Při zrakovém úkolu pozorovali na obrazovce pevný kříž, který se občas změnil na čtverec. Byli instruováni, aby stiskli tlačítko, kdykoli dojde ke změně. Při sluchovém testu byl vizuální signál nahrazen zvukem. Podle očekávání si účastníci, kteří byli nevyspalí, vedli výrazně hůře než ti, kteří byli dobře odpočatí. Jejich reakce byly pomalejší a v některých případech signál vůbec nevnímali.

Když došlo k těmto krátkým výpadkům pozornosti, pozorovali vědci několik fyziologických změn, které nastaly současně. Především se během výpadku pozornosti z mozku odváděla mozkomíšní tekutina, která se do něj opět dostala, jakmile se pozornost vrátila. „Výsledky naznačují, že v okamžiku výpadku pozornosti je tato tekutina z mozku skutečně vypuzena. A když se pozornost vrátí, tekutina se do ní zase vrátí,“ říká Lewis.

Tým se domnívá, že tento vzorec odráží snahu mozku kompenzovat nedostatek spánku aktivací očistného procesu, který normálně probíhá v noci, i když to dočasně narušuje pozornost. „Jedním ze způsobů, jak tyto události vysvětlit, je, že mozek potřebuje spánek tak nutně, že se snaží ze všech sil přejít do stavu podobného spánku, aby obnovil některé kognitivní funkce,“ říká Yang. „Tekutý systém vašeho mozku se snaží obnovit funkce tím, že způsobuje přepínání mezi stavy vysoké bdělosti a vysokého průtoku.“

Systém spolupráce mozku a těla

Studie také zjistila, že výpadky pozornosti souvisejí se změnami mimo samotný mozek. Během těchto okamžiků se zpomaluje dýchání a srdeční tep a zúžují se zorničky. Zúžení zornic začalo asi 12 sekund před odtokem mozkomíšního moku z mozku a po návratu pozornosti se obrátilo. „Zajímavé je, že se zřejmě nejedná pouze o jev v mozku, ale o proces, který ovlivňuje celé tělo. To naznačuje, že tyto systémy jsou úzce koordinovány. Když pozornost ochabuje, pociťujete to percepčně a psychologicky, ale odráží to také proces, který probíhá v celém mozku a těle,“ říká Lewis.

Tato zjištění naznačují, že jediný řídicí systém může koordinovat jak pozornost, tak základní tělesné funkce, jako je průtok tekutin, srdeční frekvence a bdělost. „Tato zjištění naznačují, že existuje jednotný obvod, který řídí jak funkce mozku, které považujeme za vysoce sofistikované – naši pozornost, schopnost vnímat svět a reagovat na něj -, tak velmi základní fyziologické procesy, jako je dynamika mozkových tekutin, průtok krve celým mozkem a zúžení cév,“ říká Lewis. Přestože se výzkumníkům nepodařilo identifikovat konkrétní zapojený obvod, označují noradrenergní systém za silného kandidáta. O tomto systému, který využívá neurotransmiter noradrenalin k regulaci poznávacích a tělesných funkcí, je známo, že během normálního spánku kolísá.