Kofeina znajduje się nie tylko w kawie, ale także w herbacie, czekoladzie, napojach energetycznych i wielu napojach bezalkoholowych, co czyni ją jedną z najczęściej spożywanych substancji psychoaktywnych na świecie. W badaniu opublikowanym w Nature Communications Biology, zespół naukowców z Université de Montréal uzyskał nowy wgląd w to, jak kofeina może zmieniać sen i wpływać na fizyczną i poznawczą regenerację mózgu w ciągu nocy.
Wpływ kofeiny na sen
Badaniem kierował Philipp Thölke, pracownik naukowy w Laboratorium Neurobiologii Poznawczej i Obliczeniowej (CoCo Lab) na UdeM, a współprowadził je dyrektor laboratorium Karim Jerbi, profesor psychologii i badacz w Mila – Quebec AI Institute. We współpracy z Julie Carrier, profesorem psychologii snu i starzenia się, oraz jej zespołem z Centrum Zaawansowanych Badań nad Medycyną Snu na UdeM, naukowcy wykorzystali sztuczną inteligencję i elektroencefalografię (EEG) do zbadania wpływu kofeiny na sen.
Po raz pierwszy udało im się wykazać, że kofeina zwiększa złożoność sygnałów mózgowych i zwiększa „krytyczność” mózgu podczas snu. Co ciekawe, było to bardziej widoczne u młodszych dorosłych. „Krytyczność opisuje stan mózgu, który jest zrównoważony między porządkiem a chaosem” – wyjaśnił Jerbi. „To jak orkiestra: jeśli jest zbyt cicho, nic się nie dzieje; jeśli jest zbyt chaotycznie, pojawia się kakofonia. Krytyczność to złoty środek, w którym aktywność mózgu jest zarówno zorganizowana, jak i elastyczna. W tym stanie mózg funkcjonuje optymalnie: może skutecznie przetwarzać informacje, szybko się dostosowywać, uczyć i sprawnie podejmować decyzje”. Carrier dodaje: „Kofeina stymuluje mózg i wprowadza go w stan krytyczny, w którym jest bardziej czujny, uważny i responsywny. Chociaż jest to przydatne do koncentracji w ciągu dnia, stan ten może zakłócać dobry sen: mózg nie będzie mógł się odpowiednio zrelaksować ani zregenerować”.
Wpływ na przetwarzanie pamięci
Aby zbadać, w jaki sposób kofeina wpływa na śpiący mózg, zespół Carriera zarejestrował nocną aktywność mózgu 40 zdrowych osób dorosłych za pomocą elektroencefalogramu. Porównano aktywność mózgu każdego uczestnika w dwie różne noce – raz po zażyciu kapsułek z kofeiną trzy godziny, a następnie godzinę przed snem, a raz po przyjęciu placebo w tym samym czasie.
„Wykorzystaliśmy zaawansowaną analizę statystyczną i sztuczną inteligencję, aby zidentyfikować subtelne zmiany w aktywności neuronalnej” – powiedział Thölke, główny autor badania. Wyniki wykazały, że kofeina zwiększyła złożoność sygnałów mózgowych, sugerując bardziej dynamiczną i mniej przewidywalną aktywność neuronalną, szczególnie podczas fazy snu innej niż REM, która ma kluczowe znaczenie dla konsolidacji pamięci i regeneracji poznawczej.
Naukowcy odkryli również zauważalne zmiany w rytmach elektrycznych mózgu podczas snu: kofeina osłabiła wolniejsze oscylacje, takie jak fale theta i alfa, które są zwykle związane z głębokim, spokojnym snem, i stymulowała aktywność fal beta, która jest bardziej powszechna podczas czuwania i aktywności umysłowej. „Zmiany te sugerują, że pod wpływem kofeiny mózg pozostaje w bardziej aktywnym, mniej spokojnym stanie nawet podczas snu” – mówi Jerbi, który zajmuje również stanowisko Canada Research Chair in Computational Neuroscience and Cognitive Neuroimaging. Ta zmiana w rytmicznej aktywności mózgu może wyjaśniać, dlaczego kofeina upośledza skuteczność nocnej regeneracji mózgu, co może mieć wpływ na przetwarzanie pamięci.
Ludzie w wieku 20 lat bardziej dotknięci
Badanie wykazało również, że wpływ kofeiny na dynamikę mózgu był znacznie bardziej wyraźny u młodych dorosłych w wieku od 20 do 27 lat niż u uczestników w średnim wieku od 41 do 58 lat, szczególnie podczas snu REM, fazy związanej ze snem. Młodzi dorośli silniej reagowali na kofeinę, co prawdopodobnie wynika z większej gęstości receptorów adenozyny w ich mózgach. Adenozyna jest cząsteczką, która stopniowo gromadzi się w mózgu w ciągu dnia, powodując uczucie zmęczenia. Receptory adenozyny naturalnie zmniejszają się wraz z wiekiem, zmniejszając zdolność kofeiny do ich blokowania i poprawy złożoności mózgu, co może częściowo wyjaśniać słabsze działanie kofeiny u uczestników w średnim wieku.
Te związane z wiekiem różnice sugerują, że młodsze mózgi mogą być bardziej wrażliwe na stymulujące działanie kofeiny. Biorąc pod uwagę globalne rozpowszechnienie kofeiny, szczególnie jako codziennego środka na zmęczenie, naukowcy podkreślają znaczenie zrozumienia jej złożonego wpływu na aktywność mózgu w różnych grupach wiekowych i stanach zdrowia. Dodają, że potrzebne są dalsze badania w celu wyjaśnienia, w jaki sposób te zmiany neuronalne wpływają na zdrowie poznawcze i codzienne funkcjonowanie, a także w celu potencjalnego opracowania spersonalizowanych zaleceń dotyczących spożycia kofeiny.
