Tento pocit pozná takmer každý. Po noci plnej zlého spánku je ťažšie sa sústrediť. Vaše myšlienky sa túlajú, reakčný čas sa spomaľuje a vaša duševná jasnosť sa znižuje, najmä keď potrebujete byť najviac v strehu. Nový výskum z MIT objasňuje, čo sa deje v mozgu počas týchto krátkych výpadkov koncentrácie. Štúdia ukázala, že počas dočasnej straty koncentrácie sa z mozgu vyprázdňuje mozgovomiechový mok (CSF), čo je proces, ktorý normálne prebieha počas spánku a pomáha odstraňovať odpadové produkty, ktoré sa nahromadili počas dňa. Táto čistiaca činnosť sa považuje za dôležitú pre zdravie a funkciu mozgu.

Telo sa snaží kompenzovať stratu spánku

Spánková deprivácia označuje stav, pri ktorom telo a mozog nemajú dostatok spánku počas dlhšieho alebo kratšieho obdobia na to, aby sa plne zotavili a normálne fungovali. Môže sa vyskytnúť, keď je množstvo spánku pravidelne nižšie, než jedinec potrebuje, alebo keď je kvalita spánku znížená, napríklad v dôsledku častého prebúdzania alebo neodpočinkového spánku. Rozlišuje sa medzi akútnou spánkovou depriváciou, ktorá nastáva po jednotlivých nociach s príliš malým množstvom spánku, a chronickou spánkovou depriváciou, ktorá trvá týždne alebo mesiace.

Keď niekto trpí spánkovou depriváciou, zdá sa, že telo sa snaží kompenzovať stratený spánok tým, že spúšťa tieto pohyby tekutín počas fázy bdenia. Táto kompenzácia má však významnú nevýhodu: výrazne zníženú pozornosť. „Keď nespíte, CSF vlny zasahujú do fázy bdenia, kde by ste ich za normálnych okolností nevideli. Sú však sprevádzané stratou pozornosti, pretože pozornosť sa znižuje vo chvíľach, keď sa táto tekutinová vlna vyskytuje,“ hovorí Laura Lewisová, docentka elektrotechniky a informatiky Athinoula A. Martinosová, členka Inštitútu pre medicínske inžinierstvo a vedu MIT a Výskumného laboratória elektroniky a pridružená členka Picowerovho inštitútu pre učenie a pamäť. Lewisová je hlavnou autorkou štúdie, ktorá bola uverejnená v časopise Nature Neuroscience. Vedúcim autorom je postdoktorand MIT Zinong Yang.

Ako spánok čistí mozog

Spánok je nevyhnutný na prežitie, ale vedci stále úplne nerozumejú, prečo zohráva takú kľúčovú úlohu. Jasné je len to, že spánok je nevyhnutný na udržanie bdelosti a že sa ukázalo, že nedostatok spánku zhoršuje pozornosť a ďalšie mentálne schopnosti. Na fyzickej úrovni spánok slúži na regeneráciu: bunky a tkanivá sa opravujú, uvoľňujú sa rastové hormóny a posilňuje sa imunitný systém. Spánok zohráva ústrednú úlohu aj pri regulácii hormónov a metabolizmu, napríklad pri kontrole hladu, hladiny cukru v krvi a energetickej rovnováhy.

Dôležitá funkcia spánku sa týka mozgovomiechového moku, ktorý obklopuje a vypĺňa mozog. Počas spánku pomáha mozgovomiechový mok vyplavovať odpadové produkty, ktoré sa hromadia počas bdenia. V štúdii z roku 2019 Lewisová a jej kolegovia zistili, že táto tekutina sa počas spánku pohybuje v rytmickom vzorci, ktorý úzko súvisí so zmenami aktivity mozgových vĺn.

Tento skorší objav nastolil novú otázku: Čo sa deje s týmto systémom tekutín, keď je spánok narušený? Aby to vedci zistili, naverbovali 26 dobrovoľníkov, ktorí dvakrát absolvovali testy, raz po nočnej spánkovej deprivácii v laboratóriu a raz po noci primeraného odpočinku. Nasledujúce ráno účastníci vykonali štandardnú úlohu určenú na posúdenie účinkov nedostatku spánku, zatiaľ čo výskumníci sledovali rôzne mozgové a telesné signály.

Meranie pozornosti a prietoku tekutín v mozgu

Počas experimentu mal každý účastník na hlave čiapku s elektroencefalogramom (EEG) na monitorovanie mozgovej aktivity, zatiaľ čo ležal v skeneri funkčnej magnetickej rezonancie (fMRI). Tím použil špeciálnu verziu fMRI, ktorá mohla sledovať hladinu kyslíka v krvi aj pohyb mozgovomiechového moku (CSF) do mozgu a z mozgu. Zaznamenávala sa aj srdcová frekvencia, frekvencia dýchania a veľkosť zreničiek.

Účastníci absolvovali v skeneri dva testy pozornosti, jeden zrakový a jeden sluchový. Pri vizuálnej úlohe pozorovali na obrazovke pevný kríž, ktorý sa občas zmenil na štvorec. Dostali pokyn, aby stlačili tlačidlo vždy, keď dôjde k zmene. Pri sluchovej úlohe bol vizuálny signál nahradený zvukom. Ako sa očakávalo, účastníci, ktorí boli nevyspatí, dosiahli výrazne horšie výsledky ako tí, ktorí boli dobre oddýchnutí. Ich reakcie boli pomalšie a v niektorých prípadoch signál vôbec nevnímali.

Keď došlo k týmto krátkym výpadkom pozornosti, výskumníci pozorovali niekoľko fyziologických zmien, ktoré nastali súčasne. Najmä mozgovomiechový mok sa počas výpadku presunul z mozgu a potom sa vrátil späť, hneď ako sa pozornosť obnovila. „Výsledky naznačujú, že v momente výpadku pozornosti sa táto tekutina z mozgu skutočne vypudí. A keď sa pozornosť vráti, opäť sa nasaje,“ hovorí Lewis.

Tím sa domnieva, že tento vzorec odráža snahu mozgu kompenzovať nedostatok spánku aktiváciou očistného procesu, ktorý sa bežne vyskytuje v noci, aj keď to dočasne naruší pozornosť. „Jedným zo spôsobov, ako vysvetliť tieto udalosti, je, že váš mozog tak veľmi potrebuje spánok, že sa všemožne snaží dostať do stavu podobného spánku, aby obnovil niektoré kognitívne funkcie,“ hovorí Yang. „Tekutý systém vášho mozgu sa snaží obnoviť funkcie tým, že spôsobuje prepínanie mozgu medzi stavmi vysokej bdelosti a vysokého prietoku.“

Systém spolupráce mozgu a tela

Štúdia tiež zistila, že výpadky pozornosti súvisia so zmenami mimo samotného mozgu. Počas týchto chvíľ sa spomalilo dýchanie a srdcová frekvencia a zreničky sa stiahli. Zúženie zreničiek sa začalo približne 12 sekúnd pred odtokom mozgovomiechového moku z mozgu a po návrate pozornosti sa zmenilo. „Zaujímavé je, že to zrejme nie je len jav v mozgu, ale proces, ktorý ovplyvňuje celé telo. To naznačuje, že tieto systémy sú úzko koordinované. Keď pozornosť slabne, pociťujete to percepčne a psychologicky, ale odráža to aj proces, ktorý prebieha v celom mozgu a tele,“ hovorí Lewis.

Tieto zistenia naznačujú, že jeden riadiaci systém môže koordinovať pozornosť aj základné telesné funkcie, ako je prietok tekutín, srdcová frekvencia a bdelosť. „Tieto zistenia naznačujú, že existuje jednotný obvod, ktorý riadi funkcie mozgu, ktoré považujeme za veľmi sofistikované – našu pozornosť, schopnosť vnímať svet a reagovať naň – a veľmi základné fyziologické procesy, ako je dynamika mozgových tekutín, prietok krvi v celom mozgu a zužovanie ciev,“ hovorí Lewis. Hoci výskumníci nedokázali identifikovať konkrétny zapojený okruh, ako silného kandidáta uvádzajú noradrenergný systém. Je známe, že tento systém, ktorý využíva neurotransmiter noradrenalín na reguláciu poznania a telesných funkcií, počas normálneho spánku kolíše.