Zagadka energetyczna mózgu
Oto coś, co za każdym razem, gdy o tym myślę, wprawia mnie w osłupienie: Twój mózg, ważący zaledwie około 1,4 kg, zużywa około 20% całkowitej energii organizmu. To ogromna ilość paliwa dla narządu, który stanowi zaledwie 2% masy ciała. To tak, jakby Twój mózg biegał maraton, podczas gdy reszta ciała po prostu... siedzi.
Naukowcy od dawna są zafascynowani tym, jak ten głodny mały wszechświat zarządza swoim budżetem energetycznym, zwłaszcza w różnych stanach, takich jak sen i czuwanie. I szczerze mówiąc? Wiele szczegółów wciąż jeszcze odkrywamy.
Właśnie to sprawia, że nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Tohoku jest tak intrygujące. Odkryli oni to, co nazywają kolejnym „paradoksem fazy REM” – i jest on dość sprzeczny z intuicją.
Czym właściwie jest faza REM?
Zanim przejdziemy do paradoksu, szybko omówmy podstawy. REM to skrót od Rapid Eye Movement (szybkie ruchy gałek ocznych) i jest to faza snu, podczas której występuje większość żywych marzeń sennych. Nazywa się ją również „snem paradoksalnym”, ponieważ mamy tu do czynienia z dziwną sytuacją: Twoje ciało jest w zasadzie sparaliżowane (dlatego nie możesz fizycznie odgrywać swoich snów), ale Twój mózg działa tak, jakbyś był w pełni przytomny.
Podczas fazy REM fale mózgowe wyglądają zaskakująco podobnie do tych, które występują, gdy jesteś w stanie czuwania. Jest to więc dziwny stan pośredni, w którym śpisz głęboko, ale mentalnie jesteś dość aktywny.
Nowy paradoks, który odkryto
Tu zaczyna się prawdziwa ciekawostka. Badacze odkryli, że podczas fazy REM pozorne zaopatrzenie mózgu w energię faktycznie wzrasta. Większy przepływ krwi, więcej paliwa dostarczanego do tych głodnych neuronów. Można by pomyśleć, że oznacza to większą ilość energii dostępnej dla mózgu, prawda?
Ale tu pojawia się niespodzianka: w tym samym czasie rzeczywiste cząsteczki energii (zwane ATP), których neurony używają bezpośrednio, maleją. Mózg otrzymuje więcej paliwa, ale same neurony wydają się mieć mniej dostępnej energii.
Główny badacz, Yusuke Takahashi, ujął to tak: „Zrozumienie, w jaki sposób mózg równoważy dostawy energii i jej zużycie, może pomóc wyjaśnić, co sprawia, że inteligencja biologiczna jest tak wydajna”.
Zaglądanie do śpiącego mózgu
Jak w ogóle badać to, co dzieje się w mózgu, gdy ten śpi? Ci badacze wykazali się kreatywnością. Opracowali technikę wykorzystującą żywicę utwardzalną w UV do czynienia czaszek myszy przezroczystymi – w zasadzie tworząc okno do mózgu. Pozwoliło im to obserwować aktywność neuronową w czasie rzeczywistym podczas naturalnego snu, nie zakłócając myszy.
Śledzili dwie główne rzeczy: objętość krwi w mózgu (jako wskaźnik napływającego paliwa) oraz poziom ATP w neuronach (faktyczną walutę energetyczną, której używają neurony). Mierzyli również pirogronian w astrocytach, który jest w zasadzie pośrednikiem pomagającym przekształcić glukozę we krwi w energię przyjazną dla neuronów.
Mózg planuje z wyprzedzeniem (w pewnym sensie)
Jednym z najbardziej fascynujących odkryć było to dotyczące czasu. Około 50 sekund przed oficjalnym rozpoczęciem fazy REM objętość krwi w mózgu zaczynała wzrastać. Wzrost ten rozpoczynał się w tylnej części mózgu (kora potyliczna), a następnie przesuwał się w kierunku przodu.
Sugeruje to, że mózg nie tylko biernie wchodzi