Aivotyhmän energiapulma
Tässä on asia, joka yllättää minut joka kerta, kun mietin sitä: aivosi, jotka painavat vain noin 1,4 kiloa, kuluvat noin 20 % kehon kokonaisenergiasta. Se on valtava polttoaineen määrä elimelle, joka muodostaa vain 2 % kehon painosta. On kuin aivosi juoksisivat maratonilla, kun loput kehosta vain... istuu paikallaan.
Tutkijat ovat pitkään olleet kiehtoneita siitä, miten tämä nälkäinen pieni universumi hallinnoi energiabudjettiaan, erityisesti eri tiloissa, kuten unessa ja valveillaolossa. Ja rehellisesti? Olemme yhä selvittämässä monia yksityiskohtia.
Siksi uuden tutkimuksen teko Tohokun yliopistossa on niin kiehtovaa. He ovat paljastaneet sen, mitä he kutsuvat toiseksi ”REM-uniparadoksiksi” – ja se on melko vastaintuitiivinen.
Mitä REM-uni oikeastaan on?
Ennen kuin syvennymme paradoksiin, käydään lyhyesti läpi perusasiat. REM tulee sanoista Rapid Eye Movement (nopea silmien liike), ja se on univaihe, jossa suurin osa kirkkaista unista tapahtuu. Sitä kutsutaan myös ”paradoksaaliseksi uneksi”, koska tässä on outo tilanne: kehosi on käytännössä halvaantunut (siksi et voi fyysisesti toimia unissasi), mutta aivosi aktivoituvat kuin olisit täysin valveilla.
REM-unessa aivosi aaltokuviot näyttävät hämmästyttävän samalta kuin valveillaollessa. Se on siis outo välitila, jossa olet syvässä unessa, mutta henkisesti melko aktiivinen.
Uusi paradoksi, jonka he löysivät
Tässä kohtaa asia muuttuu todella mielenkiintoiseksi. Tutkijat havaitsivat, että REM-unessa aivojen näennäinen energiansaanti itse asiassa kasvaa. Verenvirtaus lisääntyy, ja nälkäisille neuroneille toimitetaan enemmän polttoainetta. Voisi olettaa, että tämä tarkoittaisi, että aivoilla on käytettävissään enemmän energiaa, eikö vain?
Mutta tässä on yllätys: samanaikaan neuronien suoraan käyttämät energiamolekyylit (kutsutaan ATP:ksi) itse asiassa vähenevät. Aivot saavat enemmän polttoaineen toimitusta, mutta neuronit näyttävät olevan vähäisemmässä käytettävissä olevassa energiassa.
Tutkimuksen johtaja Yusuke Takahashi sanoi näin: ”Aivojen energiansaannin ja -kulutuksen tasapainottamisen ymmärtäminen voi auttaa selittämään, mikä tekee biologisesta älykkyydestä niin tehokasta.”
Nukkuvien aivojen tarkastelu
Miten voi edes tutkia, mitä aivoissa tapahtuu unen aikana? Nämä tutkijat olivat luovia. He kehittivät tekniikan, jossa UV-kovettuvaa hartsia käytetään hiiren kallojen läpinäkyviksi – käytännössä luoden ikkunan aivoihin. Tämä mahdollisti neuronien aktiivisuuden seuraamisen reaaliajassa luonnollisen unen aikana häiritsemättä hiiriä.
He seurasivat kahta pääasiallista asiaa: aivojen veritilavuutta (merkkinä tulevasta polttoaineensaannista) ja neuronien ATP-tasoja (neuronien käyttämä energian valuutta). He mittasivat myös astrosyyttien pyruvaattia, joka on käytännössä välikäsivaihe, joka auttaa muuntamaan verensokerin neuronien ystävälliseksi energiaksi.
Aivot suunnittelevat etukäteen (jotenkin)
Yksi kiehtovimmista havainnoista liittyi ajastukseen. Noin 50 sekuntia ennen REM-unen virallista alkamista aivojen veritilavuus alkoi kasvaa. Tämä kasvu alkoi aivojen takaosasta (takakuorelta) ja siirtyi hitaasti eteenpäin kohti et