تحقیقات جدید دانشمندان در مورد خواب، ضمن پاسخ به برخی از ابهامات ارتباط شگفت انگیزی را بین مغز و روده آشکار کرده است.
به گزارش تکناک، خواب در میان فعالیت‌های انسان از اهمیت بالایی برخوردار است. کمبود آن حتی برای یک شب می‌تواند عملکردهای مغزی، پاسخ‌دهی و عملکرد کلی روزانه ما را مختل کند. علیرغم نقش حیاتی آن در سلامت و بقا، تاکنون درک علمی از خواب ناقص بوده است.
یکی سوالاتی که در مورد خواب مطرح می شود این است که وقتی می‌خوابیم چه اتفاقی می‌افتد؟
دکتر دراگانا روگولجا از دانشگاه هاروارد که این تحقیق را انجام داده است می گوید که یک جنبه جالب خواب، از دست دادن هوشیاری و آگاهی است که با ناپدید شدن دنیای بیرون و تسخیر دنیای درون رخ می دهد.
در این تحقیق از مگس میوه و موش آزمایشگاهی برای کشف اینکه چرا ما باید بخوابیم و چگونه ارتباطمان را با دنیا در طول خواب قطع می کنیم، استفاده شد.
در ادامه به پرسش هایی که از این محقق در این زمینه پرسیده شد، پرداخته می شود.
در زمینه خواب در حال مطالعه چه چیزی هستید؟
روگولجا: دو سوال اصلی وجود دارد که آزمایشگاه من در چند سال گذشته به دنبال آنها بوده است. اول این که چرا خواب برای بقا ضروری است. چرا اگر انسان نخوابد، به معنای واقعی کلمه بعد از مدتی نه چندان طولانی، می میرد؟ سوال دیگر این است که وقتی به خواب می روید چگونه ارتباط مغز با محیط قطع می شود.
*چگونه از رسیدن محرک ها به مغز در هنگام خواب جلوگیری می شود؟
روگولجا: بالا بردن آستانه برای برانگیختگی حسی برای خواب ضروری است و ما می خواهیم بفهمیم که چگونه این مانع در اطراف مغز ساخته شده است. خواب یک حالت واحد است، اما به نظر می‌رسد که دارای اجزای متعددی است که از طریق مکانیسم‌های جداگانه تنظیم می‌شوند. ما می خواهیم آن مکانیسم ها را درک کنیم.
*تحقیقاتی که انجام دادید چگونه تفکر شما را در مورد خواب تغییر داده است؟
روگولجا: مدت‌هاست که دانشمندان با این اصل کنار آمده اند که خواب از مغز، توسط مغز و برای مغز است. در نتیجه، تحقیقات تا حد زیادی بر روی مغز از نظر جستجوی دلایل ضروری بودن خواب برای بقا متمرکز شده است. با این حال، اکنون متوجه شده ایم که اگرچه خواب ممکن است برای مغز باشد، اما فقط برای مغز نیست. خواب یک رفتار فوق‌العاده قدیمی است که فکر می‌کنیم از حیوانات اولیه منشا گرفته است. این حیوانات مغز نداشتند. آنها فقط یک سیستم عصبی بسیار ساده داشتند.
سپس با پیچیده تر شدن حیوانات از طریق تکامل، اهداف مربوط به مغز در مورد خواب هم تکامل یافت. محققان مغز حیوانات کم خواب را برای یافتن دلیلی برای مرگ آنها بررسی کرده اند، اما چیزی پیدا نکرده اند. از سوی دیگر، داده های بالینی نشان می دهد که کم خوابی در انسان منجر به انواع بیماری ها در بدن می شود. با نتایج به دست آمده ما متوجه شدیم که خواب مربوط به چیزی فراتر از مغز است.
تحقیقات ما به ما می گوید که وقتی نوبت به خواب می رسد، باید از فکر کردن فقط به مغز خودداری کنیم. ما متوجه شده ایم که برای درک خواب واقعاً باید به کل بدن فکر کنیم و فقط مغز را در نظر نگیریم. هنگامی که به خواب می روید، عضلات شما شل می شوند و گردش خون شما تغییر می کند و این مسئله مربوط به کل بدن است.
*از چه ابزاری برای مطالعه درمورد خواب استفاده می کنید؟
روگولجا: از نظر تاریخی، تحقیقات زیادی در مورد خواب روی انسان انجام شده است، اما این آزمایش‌ها معمولاً محدود و تشریحی هستند، زیرا واقعاً نمی‌توان در این مورد چیزی را روی انسان‌ها آزمایش کرد. با این حال در طول دو دهه و نیم گذشته، دانشمندان متوجه شده اند که مگس‌های میوه هم می‌خوابند و اخیراً متوجه شدیم که ژن‌هایی که خواب مگس‌ها را تنظیم می‌کنند، در موش‌ها هم وجود دارند.
وقتی آزمایشم را شروع کردم، فقط از مگس میوه به عنوان یک الگو برای مطالعه خواب استفاده کردم، اما اخیرا از موش نیز در آزمایشم استفاده کردم. مگس‌های میوه به ما این امکان را می‌دهند که فرضیه‌های زیادی را به سرعت آزمایش کنیم و سپس می‌توانیم آنچه را که در مگس‌ها در موش‌ها که موش ها به عنوان پستانداران بیشتر شبیه انسان هستند، آزمایش کنیم.
*در مقاله سال 2020 خود، به این سوال پرداختید که چرا خواب برای بقا ضروری است. جواب شما چیست؟
ما متوجه شدیم که مگس‌های میوه‌ای که کمتر می‌خوابیدند، طول عمر کوتاه‌تری داشتند. در واقع ما ارتباطی را مشاهده کردیم که در آن مگس‌ها هر چه کمتر بخوابند، سریع‌تر می‌میرند. جالب اینجاست که حالت محرومیت از خواب اهمیتی نداشت، آنچه اهمیت داشت میزان خواب از دست رفته بود. به نظر می‌رسد نقطه عطفی وجود دارد که در آن کم خوابی با مرگ مرتبط است، که به ما نشان می دهد ممکن است اتفاق خاصی در بدن رخ دهد.
برای بررسی بیشتر این موضوع، اندام های مختلف مگس های محروم از خواب را با نشانگرهای آسیب سلولی بررسی کردیم. ما متوجه شدیم که در روده، میزان مولکول های اکسید کننده افزایش یافته است و اوج اکسیداسیون با نقطه انحراف که در آن مگس ها شروع به مردن کردند، مرتبط است. ما این یافته را در موش های کم خواب نیز پیدا کردیم. اما وقتی به مگس‌های کم‌خواب آنتی‌اکسیدان دادیم یا ژن‌های تولیدکننده آنتی‌اکسیدان را در روده آن ها فعال کردیم، متوجه شدیم که مگس‌ها می‌توانند با کم خوابی یا حتی بدون خواب زنده بمانند، که این مسئله نشان می‌دهد روده نقطه واقعاً مهمی برای خواب است.
*آیا برنامه های کاربردی ممکنی برای انسان ها وجود دارد؟
یافته های ما نشان می دهد که اگر بتوانیم از اکسیداسیون در روده جلوگیری کنیم، ممکن است بتوانیم با اثرات ناشی از از دست دادن خواب مقابله کنیم. این مسئله خیلی مهم است زیرا بسیاری از بیماری‌ها با اختلال عملکرد روده مرتبط هستند و بسیاری از بیماری‌هایی که با کم خوابی به وجود می‌آیند ممکن است در واقع نتیجه آسیب روده باشند. ما اکنون در حال بررسی چگونگی تشخیص اکسیداسیون روده به دلیل کمبود خواب در انسان هستیم. ما می‌خواهیم قرص هایی طراحی کنیم که بعد از قورت دادن آن ها وضعیت اکسیداتیو روده شما را با تغییر رنگ مدفوع گزارش شود.
همچنین ما همچنین به دنبال نشانگرهای زیستی هستیم که در واقع مولکول هایی هستند که از قبل در بدن در حال گردش هستند که نشان دهنده کمبود خواب و اکسیداسیون روده هستند. ما در حال حاضر مولکول هایی داریم که نشانگرهای امیدوارکننده ای برای اکسیداسیون هستند و به نظر می رسد میزان آن ها با درمان های آنتی اکسیدانی کاهش می یابند. در نهایت ممکن است بتوان مکمل هایی را طراحی کرد که می توانند به صورت خوراکی مصرف شوند تا اکسیداسیون روده را به دلیل کمبود خواب از بین ببرند.
*شما به تازگی مقاله جدیدی را در مجله Cell منتشر کرده اید که چگونگی قطع ارتباط مغز با محیط در طول خواب را بررسی می کند. اگر ممکن است بیشتر در این مورد به ما بگویید.
روگولجا: تا به حال تقریباً هیچ چیز در این مورد نمی دانستیم. مشخص نبود که آیا یک مکان در مغز وجود دارد که در آن تمام اطلاعات حسی در طول خواب ضعیف می شود یا اینکه چندین مکان وجود دارد. به عنوان مثال، آیا لمس و دما در هنگام خواب به یک شکل پردازش می شوند؟ یکی از همکاران من سیستمی طراحی کرد که می تواند میزان خفیف، متوسط یا زیاد ارتعاش را به مگس های میوه برساند.
معمولاً هنگام استفاده از لرزش با شدت کم، تعداد کمی از مگس ها بیدار می شوند و هنگام استفاده از لرزش با شدت بالا، تقریباً تمام مگس ها واکنش نشان می دهند. سپس ما یک بررسی بزرگ انجام دادیم تا ژن هایی را شناسایی کنیم که کنترل می کنند مگس ها کی بیدار شوند.
*بررسی ژنتیکی شما دقیقا چه چیزی را نشان داد؟
نتایج به دست آمده بسیار جالب بود. ما ژنی را شناسایی کردیم که مولکولی به نام CCHa1 را فعال می کند. هنگامی که ما CCHa1 را در مگس ها تخلیه کردیم، آنها خیلی راحت از خواب بیدار شدند، بنابراین به جای 20 درصد بیدار شدن در سطح خاصی از ارتعاش، 90 درصد آن ها از خواب بیدار شدند.
با این حال، اگرچه CCHa1 هم در سیستم عصبی و هم در روده وجود دارد، اما تنها زمانی که آن را از روده تخلیه کردیم، مگس‌ها راحت‌تر بیدار شدند. سلول‌های روده که CCHa1 تولید می‌کنند، سلول‌های انترو غدد درون‌ریز نامیده می‌شوند و در واقع ویژگی‌های زیادی با نورون‌ها دارند و حتی می‌توانند با نورون‌ها ارتباط برقرار کنند. این سلول ها رو به داخل روده قرار دارند و به نوعی محتویات روده را مزه می کنند.
ما متوجه شدیم که هر چه غلظت پروتئین در رژیم غذایی بیشتر باشد، سلول‌های روده CCHa1 بیشتری تولید می‌کنند. این مولکول سپس از روده به مغز می‌رود و در آنجا به گروه کوچکی از نورون‌های دوپامینرژیک که اطلاعاتی درباره ارتعاشات نیز دریافت می‌کنند، سیگنال می‌دهد.
این نورون‌ها دوپامین تولید می‌کنند که معمولاً برانگیختگی را افزایش می‌دهد، اما در این مورد، برانگیختگی را سرکوب می‌کند. ارتعاشات، فعالیت نورون های دوپامینرژیک را ضعیف می کند، که این مسئله باعث می شود مگس ها راحت تر از خواب بیدار شوند. CCHa1 تولید شده توسط روده اساساً نورون‌های دوپامینرژیک را در برابر ارتعاشات بی اثر می کند و به مگس‌ها این امکان را می‌دهد تا محیط را به میزان بیشتری نادیده بگیرند و عمیق‌تر بخوابند.
همچنین ما متوجه شدیم که مسیر CCHa1، اگرچه برای دروازه‌بندی اطلاعات حسی مکانیکی حیاتی است، اما تأثیری بر سهولت بیدار شدن مگس‌ها در مواجهه با گرما ندارد، و این مسئله نشان می‌دهد که روش‌های حسی مختلف مانند ارتعاش و دما را می‌توان به طور مستقل در نظر گرفت. در نهایت ما نشان دادیم که رژیم غذایی سرشار از پروتئین نیز کیفیت خواب موش ها را بهبود می بخشد و آنها را در برابر اختلالات مکانیکی مقاوم تر می کند. ما اکنون در حال آزمایش هستیم که آیا چنین مسیر سیگنالینگ مشابهی در موش ها درگیر است یا خیر.
*این یافته ها چه چیزی را نشان می دهند؟
ما به لطف تحقیقات دیگر می دانیم که وقتی حیوانات گرسنگی می کشند، کمتر می خوابند تا غذا بخرند. در مقابل زمانی که آنها سیر هستند و به خصوص زمانی که از پروتئین سیر می شوند، تمایل بیشتری به خوابیدن دارند. اکنون ما نشان داده‌ایم که وقتی پروتئین بیشتری در رژیم غذایی وجود دارد، حیوانات نیز عمیق‌تر می‌خوابند. این مسئله نشان می دهد که اگر حیوانات نیازی به جستجوی غذا نداشته باشند، می توانند از محیط جدا شده و در جایی برای خواب پنهان شوند، که این موضوع ممکن است برایشان ایمن تر باشد. به طور گسترده تر مطالعه ما نشان می دهد که انتخاب های غذایی بر کیفیت خواب تأثیر می گذارد. اکنون ما می‌توانیم این ارتباط را در انسان بررسی کنیم تا بفهمیم چگونه می‌توان رژیم غذایی را به منظور بهبود خواب تنظیم کرد.
*آیا چیزی در مورد خواب وجود دارد که فکر می کنید مردم از آن آگاه نیستند؟
روگولجا: یک چیزی که فکر می کنم مردم باید از آن آگاه باشند این است که احساس ما و آنچه در بدن ما می گذرد نباید یکسان باشد. ما در تحقیقات خود متوجه شدیم که باید احساس خواب‌آلودگی را از نیاز به خوابیدن تفکیک کرد. برخی از حیوانات کم‌خواب لزوماً احساس خواب‌آلودگی نمی‌کردند، زیرا آنها برای جبران خواب، بیش از حد نمی‌خوابیدند. وقتی که حتی این حیوانات به اندازه کافی خوابیدند، همچنان از کمبود خواب مردند.
این بدان معناست که حتی اگر بتوانیم خودمان را فریب دهیم تا احساس خواب آلودگی نکنیم، کم‌خوابی همچنان اثرات منفی خود را بر بدن ما می‌گذارد برای مثال، اگر ماده‌ای مصرف کنید که به شما احساس بیدار شدن می‌دهد، همان مقدار اکسیداسیون در روده اتفاق می‌افتد.
ممکن است مردم بگویند که فقط با چند ساعت خواب در شب مشکلی ندارند، اما منظورشان این است که می توانند در طول روز از پس بی خوابی برآیند. بدن آنها همچنان در حال ثبت کمبود خواب است. ما واقعاً نمی توانیم بگوییم که در نتیجه کمبود خواب چه اتفاقی در بدن ما می افتد و احتمالاً بیشتر از آنچه فکر می کنیم به خواب نیاز داریم.
