Næsten alle kender denne følelse. Efter en nat med dårlig søvn er det sværere at koncentrere sig. Dine tanker vandrer, din reaktionstid bliver langsommere, og din mentale klarhed mindskes, især når du har brug for at være mest opmærksom. Ny forskning fra MIT kaster lys over, hvad der sker i hjernen under disse korte koncentrationssvigt. Undersøgelsen viser, at under et midlertidigt tab af koncentration drænes hjernen for cerebrospinalvæske (CSF), en proces, der normalt finder sted under søvn, og som hjælper med at fjerne affaldsstoffer, der har ophobet sig i løbet af dagen. Denne rensende aktivitet anses for at være vigtig for hjernens sundhed og funktion.
Kroppen forsøger at kompensere for tabt søvn
Søvnmangel er en tilstand, hvor kroppen og hjernen ikke får nok søvn over en længere eller kortere periode til at kunne restituere og fungere normalt. Det kan forekomme, når søvnmængden regelmæssigt er under personens behov, eller når søvnkvaliteten er reduceret, f.eks. på grund af hyppig opvågning eller ikke-restituerende søvn. Der skelnes mellem akut søvnmangel, som opstår efter enkelte nætter med for lidt søvn, og kronisk søvnmangel, som strækker sig over uger eller måneder.
Når nogen lider af søvnmangel, ser det ud til, at kroppen forsøger at kompensere for den tabte søvn ved at udløse disse væskebevægelser i den vågne fase. Denne kompensation har dog en væsentlig ulempe: stærkt reduceret opmærksomhed. “Når du ikke sover, invaderer CSF-bølgerne den vågne fase, hvor du normalt ikke ville se dem. Men de ledsages af et tab af opmærksomhed, da opmærksomheden aftager i de øjeblikke, hvor denne væskebølge opstår,” siger Laura Lewis, Athinoula A. Martinos Associate Professor of Electrical Engineering and Computer Science, medlem af MIT Institute for Medical Engineering and Science og Research Laboratory of Electronics, og associeret medlem af Picower Institute for Learning and Memory. Lewis er seniorforfatter på undersøgelsen, som blev offentliggjort i Nature Neuroscience. MIT’s postdoc Zinong Yang er hovedforfatter.
Hvordan søvn renser hjernen
Søvn er afgørende for overlevelse, men forskerne forstår stadig ikke helt, hvorfor den spiller en så afgørende rolle. Det står klart, at søvn er nødvendig for at holde sig vågen, og at søvnmangel har vist sig at forringe opmærksomheden og andre mentale evner. På det fysiske plan tjener søvnen til at regenerere: celler og væv repareres, væksthormoner frigives, og immunsystemet styrkes. Søvn spiller også en central rolle i reguleringen af hormoner og stofskifte, som f.eks. styring af sult, blodsukker og energibalance.
En vigtig funktion af søvnen involverer cerebrospinalvæsken, der omgiver og polstrer hjernen. Under søvnen hjælper cerebrospinalvæsken med at skylle de affaldsstoffer ud, som ophobes i de vågne timer. I en undersøgelse fra 2019 fandt Lewis og hendes kolleger ud af, at denne væske bevæger sig i et rytmisk mønster under søvnen, som er tæt forbundet med ændringer i hjernens bølgeaktivitet.
Denne tidligere opdagelse rejste et nyt spørgsmål: Hvad sker der med dette væskesystem, når søvnen forstyrres? For at finde ud af det rekrutterede forskerne 26 frivillige, som gennemførte tests to gange, en gang efter en nat med søvnmangel i laboratoriet og en gang efter en nat med tilstrækkelig hvile. Næste morgen udførte deltagerne en standardopgave, der var designet til at vurdere virkningerne af søvnmangel, mens forskerne sporede en række hjerne- og kropssignaler.
Måling af opmærksomhed og væskestrøm i hjernen
Under forsøget bar hver deltager en EEG-hætte (elektroencefalogram) for at overvåge hjerneaktiviteten, mens de lå i en fMRI-scanner (functional magnetic resonance imaging). Holdet brugte en særlig version af fMRI, som kunne spore både iltniveauet i blodet og bevægelsen af cerebrospinalvæske (CSF) ind og ud af hjernen. Hjertefrekvens, åndedrætsfrekvens og pupilstørrelse blev også registreret.
Deltagerne gennemførte to opmærksomhedstests i scanneren, en visuel og en auditiv. I den visuelle opgave observerede de et fast kors på en skærm, som af og til ændrede sig til en firkant. De blev bedt om at trykke på en knap, når der skete en ændring. I den auditive opgave blev det visuelle signal erstattet af en lyd. Som forventet klarede de deltagere, der var i søvnunderskud, sig markant dårligere end de, der var veludhvilede. Deres svar var langsommere, og i nogle tilfælde opfattede de slet ikke signalet.
Når disse korte huller i opmærksomheden opstod, observerede forskerne flere fysiologiske ændringer, der skete samtidig. Det mest bemærkelsesværdige var, at cerebrospinalvæsken bevægede sig ud af hjernen under afbrydelsen og derefter strømmede ind igen, så snart opmærksomheden vendte tilbage. “Resultaterne tyder på, at i det øjeblik opmærksomheden forsvinder, bliver denne væske faktisk udstødt fra hjernen. Og når opmærksomheden vender tilbage, trækkes den ind igen,” siger Lewis.
Teamet mener, at dette mønster afspejler hjernens forsøg på at kompensere for søvnmangel ved at aktivere en udrensningsproces, der normalt finder sted om natten, selv om det midlertidigt forstyrrer opmærksomheden. “En måde at forklare disse begivenheder på er, at din hjerne har så meget brug for søvn, at den gør sit bedste for at komme i en søvnlignende tilstand for at genoprette nogle kognitive funktioner,” siger Yang. “Hjernens væskesystem forsøger at genoprette funktionen ved at få hjernen til at skifte mellem tilstande med høj årvågenhed og højt flow.”
Et samarbejdssystem mellem hjerne og krop
Undersøgelsen viste også, at opmærksomhedssvigt er relateret til ændringer uden for selve hjernen. I disse øjeblikke blev vejrtrækningen og hjertefrekvensen langsommere, og pupillerne trak sig sammen. Sammentrækningen af pupillerne begyndte ca. 12 sekunder før cerebrospinalvæsken blev drænet fra hjernen og vendte, når opmærksomheden vendte tilbage. “Interessant nok ser det ud til, at dette ikke kun er et fænomen i hjernen, men en proces, der påvirker hele kroppen. Det tyder på, at disse systemer er tæt koordinerede. Når opmærksomheden aftager, mærker man det perceptuelt og psykologisk, men det afspejler også en proces, der finder sted i hele hjernen og kroppen,” siger Lewis.
Disse resultater tyder på, at et enkelt kontrolsystem kan koordinere både opmærksomhed og basale kropsfunktioner som væskestrøm, puls og årvågenhed. “Disse resultater tyder på, at der er et samlet kredsløb, som styrer både de hjernefunktioner, vi betragter som meget sofistikerede – vores opmærksomhed, vores evne til at opfatte og reagere på verden – og meget grundlæggende fysiologiske processer som hjernens væskedynamik, blodgennemstrømningen i hjernen og sammentrækningen af blodkarrene”, siger Lewis. Selvom forskerne ikke kunne identificere det specifikke kredsløb, der var involveret, peger de på det noradrenerge system som en stærk kandidat. Dette system, som bruger neurotransmitteren noradrenalin til at regulere kognition og kropslige funktioner, er kendt for at svinge under normal søvn.
