Έρευνα φέρνει στο φως νέα στοιχεία για το τι συμβαίνει στο μυαλό όταν κοιμόμαστε. Εν αντιθέσει με τη γενικώς αποδεκτή θεωρία περί του γιατί κοιμόμαστε, η νέα μελέτη δείχνει ότι η επαναφορά της ομοιοστατικής ισορροπίας δε συμβαίνει στη διάρκεια του ύπνου∙ αντιθέτως, συμβαίνει αποκλειστικά όταν τα ζώα είναι ξύπνια και σε εγρήγορση, δημιουργώντας την ερώτηση τι τελικά συμβαίνει λοιπόν όταν κοιμόμαστε.
Γιατί κοιμούνται τα ζώα;
Αν και ο ύπνος καταναλώνει περίπου ένα τρίτο της ημέρας για πολλές μορφές ζωής, ξέρουμε πολύ λίγα στοιχεία σχετικά με το λόγο για τον οποίο είναι απαραίτητος. Η ανάγκη για ύπνο παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της βιολογίας.
Μια κυρίαρχη θεωρία προτείνει ότι ο ύπνος μπορεί να παρέχει την ευκαιρία στον εγκέφαλο να ανακτήσει την «ισορροπία» του. Με αυτό το θεωρητικό μοντέλο, οι εμπειρίες που αποκτά κανείς όσο είναι ξύπνιος συνδέονται με έντονες διαδικασίες μάθησης και ανάπτυξης, οι οποίες καταλήγουν στον κορεσμό της ικανότητας του εγκεφάλου να δυναμώσει περαιτέρω συνδέσεις όσο περνούν τα χρόνια. Αυτό όχι μόνο θα παρεμπόδιζε την εκμάθηση νέων πραγμάτων, αλλά αυτή η ασταμάτητη αύξηση των συνδέσεων θα αποσταθεροποιούσε τον εγκέφαλο, οδηγώντας σε «υπερδιέγερση» των νευρικών δικτύων. Μια άλλη κυρίαρχη θεωρία προβάλλει ότι η βασική λειτουργία του ύπνου είναι η «ομοιόσταση των νευρώνων», δηλαδή οι διαδικασίες με τις οποίες οι νευρώνες ρυθμίζουν τη διέγερσή τους για να επαναφέρουν την ισορροπημένη δραστηριότητα στα κυκλώματα του εγκεφάλου.
Νέα θεωρία που διεξήχθη στο εργαστήριο της νευρολόγου του Πανεπιστημίου του Brandeis Gina Turrigiano δείχνει ότι αυτή η θεωρία δεν ισχύει. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο τεύχος της 24ης Μαρτίου του επιστημονικού περιοδικού Cell, το εργαστήριο της Turrigiano έδειξε ότι όταν η δραστηριότητα των νευρώνων είναι χαμηλή στους αρουραίους, δεν παρατηρείται επαναφορά της ομοιόστασης στη διάρκεια του ύπνου∙ αντίθετα, αυτή συνέβαινε αποκλειστικά όταν τα ζώα ήταν ξύπνια και σε εγρήγορση.
Αυτή η έρευνα δημιουργεί τόσες πολλές ερωτήσεις όσες απαντάει. Για παράδειγμα, γιατί η ομοιόσταση είναι περιορισμένη στη διάρκεια του ύπνου; Η Turrigiano πιστεύει ότι η ομοιοστατική πλαστικότητα μπορεί να δημιουργεί εμπλοκή σε μια διαδικασία που εξαρτάται από τον ύπνο και δυναμώνει τις αναμνήσεις. Χρησιμοποιώντας καταστάσεις συμπεριφορών όπως ο ύπνος και η αγρύπνια για να διαχωριστούν προσωρινά οι ξεχωριστές μορφές πλαστικότητας μπορεί να ξεπεραστεί το πρόβλημα της εμπλοκής.
Η Gina Turrigiano είναι η αρχηγός της θέσης Joseph J. Levitan στις Οπτικές Επιστήμες του Πανεπιστημίου του Brandeis και εξελέγη στην Εθνική Ακαδημία Επιστημών το 2013. Το 2000, σε ηλικία 37 ετών, έλαβε μια θέση με υποτροφία MacArthur, ή αλλιώς βραβείο ευφυΐας. Η ριζοσπαστική δουλειά της έχει επικεντρωθεί στις κυτταρικές διεργασίες που επιτρέπουν στα κυκλώματα των νευρώνων του εγκεφάλου να αλλάζουν και να προσαρμόζονται. Το εργαστήριό της έχει διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στον εντοπισμό των κύριων μηχανισμών που κρύβονται πίσω από την ομοιοστατική πλαστικότητα, ή την ικανότητα ενός νευρώνα να επιδιώκει σταθερότητα με δυναμικό τρόπο παρά τις αλλαγές που προκαλούνται από τη μάθηση ή την ανάπτυξη.
Η πιο πρόσφατη έρευνα στο Cell, της οποίας ηγήθηκε ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Keith Hengen, άνοιξε νέους δρόμους καθώς εξερεύνησε την ομοιόσταση των νευρώνων σε αρουραίους που συμπεριφέρονταν ελεύθερα (η έρευνα στο παρελθόν έχει βασιστεί στο μεγαλύτερο ποσοστό σε καλλιέργειες κυττάρων ή ζώα υπό αναισθησία). Σε αυτή τη μελέτη, αρουραίοι με εμποδισμένη την όραση στο ένα τους μάτι παρατηρήθηκαν για εννέα ημέρες κατά τη διάρκεια των περιόδων ύπνου και αγρύπνιας. Τα ηλεκτρόδια που είχαν εισαχθεί στο οπτικό νεύρο των ζώων κατέγραψαν τις διεγέρσεις πολλών ξεχωριστών νευρόνων∙ αυτοί οι νευρώνες παρακολουθήθηκαν μετά για εννέα μέρες, παράγοντας σε σύνολο 6 terabytes δεδομένων. Οι αλγόριθμοι που δημιουργήθηκαν στο εργαστήριο της Turrigiano με τη βοήθεια του επίκουρου καθηγητή του Brandeis Steven Van Hooser έδωσαν τη δυνατότητα ανάλυση αυτών των τεράστιων και πολύπλοκων συστημάτων δεδομένων.
Η Turrigiano προσδοκεί ότι αυτές οι υπολογιστικές μέθοδοι θα ανοίξουν νέους δρόμους στο εργαστήριό της, δίνοντας τη δυνατότητα για παρατηρήσεις μεγαλύτερης διάρκειας των εγκεφάλων των αρουραίων και με μεγαλύτερη ακρίβεια.
Κάποιες από τις βασικότερες ερωτήσεις που προκύπτουν από τη μελέτη είναι:
Τι έχει ο ύπνος και παρεμποδίζει την ομοιόσταση;
Πώς μπορεί ο εγκέφαλος να μεταβαίνει γρήγορα σε περιόδους ομοιόστασης και έξω από αυτές ανάλογα με την κατάσταση του ύπνου;
Τι συμβαίνει κατά την αγρύπνια το οποίο διεγείρει και καθιστά αναγκαία την ενεργοποίηση της ομοιόστασης;
