Υπάρχει ένα παράδοξο στον ύπνο. Η φαινομενική ηρεμία του αντιπαρατίθεται με την πολυσύχναστη δραστηριότητα του εγκεφάλου. Η νύχτα είναι ακίνητη, αλλά ο εγκέφαλος κάθε άλλο παρά αδρανής. Κατά τη διάρκεια του ύπνου, τα εγκεφαλικά κύτταρα παράγουν εκρήξεις ηλεκτρικών παλμών που σωρεύονται σε ρυθμικά κύματα – ένα σημάδι αυξημένης λειτουργίας των εγκεφαλικών κυττάρων.
Γιατί όμως ο εγκέφαλος είναι ενεργός όταν ξεκουραζόμαστε;
Τα αργά εγκεφαλικά κύματα συνδέονται με ξεκούραστο, αναζωογονητικό ύπνο. Και τώρα, οι επιστήμονες της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις ανακάλυψαν ότι τα εγκεφαλικά κύματα βοηθούν στην αποβολή των αποβλήτων από τον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια του ύπνου. Τα μεμονωμένα νευρικά κύτταρα συντονίζονται για να παράγουν ρυθμικά κύματα που προωθούν υγρό μέσω πυκνού εγκεφαλικού ιστού, ξεπλένοντας τον ιστό στη διαδικασία.
“Αυτοί οι νευρώνες είναι μικροσκοπικές αντλίες. Η συγχρονισμένη νευρική δραστηριότητα ενεργοποιεί τη ροή του υγρού και την απομάκρυνση των υπολειμμάτων από τον εγκέφαλο”, εξήγησε ο πρώτος συγγραφέας Li-Feng Jiang-Xie, Ph.D., μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Παθολογίας και Ανοσολογίας.
«Εάν μπορούμε να βασιστούμε σε αυτή τη διαδικασία, υπάρχει η πιθανότητα καθυστέρησης ή ακόμα και πρόληψης νευρολογικών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένης της νόσου του Αλτσχάιμερ και της νόσου του Πάρκινσον, στις οποίες τα υπερβολικά απόβλητα —όπως μεταβολικά απόβλητα και ανεπιθύμητες πρωτεΐνες— συσσωρεύονται στον εγκέφαλο και οδηγούν σε νευροεκφυλισμό». Τα ευρήματα δημοσιεύονται στις 28 Φεβρουαρίου στο Nature.
Τα εγκεφαλικά κύτταρα ενορχηστρώνουν τις σκέψεις, τα συναισθήματα και τις κινήσεις του σώματος και σχηματίζουν δυναμικά δίκτυα απαραίτητα για το σχηματισμό μνήμης και την επίλυση προβλημάτων. Αλλά για να εκτελέσουν τέτοιες εργασίες που απαιτούν ενέργεια, τα εγκεφαλικά κύτταρα απαιτούν καύσιμα. Η κατανάλωση θρεπτικών συστατικών από τη διατροφή τους δημιουργεί μεταβολικά απόβλητα στη διαδικασία.
“Γνωρίζαμε ότι ο ύπνος είναι μια περίοδος κατά την οποία ο εγκέφαλος ξεκινά μια διαδικασία καθαρισμού για να ξεπλύνει τα απόβλητα και τις τοξίνες που συσσωρεύονται κατά τη διάρκεια της εγρήγορσης. Αλλά δεν ξέραμε πώς συμβαίνει αυτό. Αυτά τα ευρήματα μπορεί να μας οδηγήσουν σε στρατηγικές και πιθανές θεραπείες επιταχύνετε την απομάκρυνση των επιβλαβών αποβλήτων και την απομάκρυνσή τους πριν οδηγήσουν σε τρομερές συνέπειες”.
Αλλά ο καθαρισμός του πυκνού εγκεφάλου δεν είναι απλός. Το εγκεφαλονωτιαίο υγρό που περιβάλλει τον εγκέφαλο εισέρχεται και υφαίνει μέσα από περίπλοκους κυτταρικούς ιστούς, συλλέγοντας τοξικά απόβλητα καθώς ταξιδεύει. Κατά την έξοδο από τον εγκέφαλο, το μολυσμένο υγρό πρέπει να περάσει μέσα από ένα φράγμα πριν χυθεί στα λεμφικά αγγεία στη σκληρή μήνιγγα – το εξωτερικό στρώμα ιστού που περιβάλλει τον εγκέφαλο κάτω από το κρανίο.
Τι εξουσιοδοτεί την κίνηση του υγρού προς, μέσα και έξω από τον εγκέφαλο;
Μελετώντας τους εγκεφάλους των κοιμισμένων ποντικών, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι νευρώνες καθοδηγούν τις προσπάθειες καθαρισμού εκπέμποντας ηλεκτρικά σήματα με συντονισμένο τρόπο για να δημιουργήσουν ρυθμικά κύματα στον εγκέφαλο, εξήγησε ο Jiang-Xie. Προσδιόρισαν ότι τέτοια κύματα προωθούν την κίνηση του ρευστού.
Η ερευνητική ομάδα σίγησε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου, έτσι ώστε οι νευρώνες σε αυτές τις περιοχές να μην δημιουργούν ρυθμικά κύματα. Χωρίς αυτά τα κύματα, το φρέσκο εγκεφαλονωτιαίο υγρό δεν θα μπορούσε να ρέει μέσα από τις σιγασμένες περιοχές του εγκεφάλου και τα παγιδευμένα απόβλητα δεν θα μπορούσαν να φύγουν από τον εγκεφαλικό ιστό. «Ένας από τους λόγους που κοιμόμαστε είναι για να καθαρίσουμε τον εγκέφαλο», είπε ο Kipnis.
“Και αν μπορούμε να ενισχύσουμε αυτή τη διαδικασία καθαρισμού, ίσως είναι δυνατόν να κοιμόμαστε λιγότερο και να παραμείνουμε υγιείς. Δεν έχουν όλοι το όφελος από οκτώ ώρες ύπνου κάθε βράδυ και η απώλεια ύπνου έχει αντίκτυπο στην υγεία. Άλλες μελέτες έχουν δείξει ότι τα ποντίκια που Είναι γενετικά συνδεδεμένοι να κοιμούνται λιγότερο και έχουν υγιή εγκέφαλο. Μήπως επειδή καθαρίζουν τα απόβλητα από τον εγκέφαλό τους πιο αποτελεσματικά; Θα μπορούσαμε να βοηθήσουμε τους ανθρώπους που ζουν με αϋπνία ενισχύοντας τις καθαριστικές ικανότητες του εγκεφάλου τους, ώστε να μπορούν να κοιμούνται λιγότερο;”
Τα μοτίβα των εγκεφαλικών κυμάτων αλλάζουν κατά τη διάρκεια των κύκλων ύπνου. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα ψηλότερα εγκεφαλικά κύματα με μεγαλύτερο πλάτος κινούν το υγρό με περισσότερη δύναμη. Οι ερευνητές ενδιαφέρονται τώρα να κατανοήσουν γιατί οι νευρώνες πυροδοτούν κύματα με ποικίλη ρυθμικότητα κατά τη διάρκεια του ύπνου και ποιες περιοχές του εγκεφάλου είναι πιο ευάλωτες στη συσσώρευση αποβλήτων. «Πιστεύουμε ότι η διαδικασία καθαρισμού του εγκεφάλου είναι παρόμοια με το πλύσιμο των πιάτων», εξήγησε ο νευροβιολόγος Jiang-Xie.