Niezależnie od tego, czy zarywamy noc, by skończyć ważny projekt, czy śpimy po pięć godzin przez cały tydzień, traktujemy nasze zmęczenie jak ten sam stan. Wierzymy, że twierdzenia typu: „jestem niewyspany” i „padam z nóg” różni tylko stopień wyczerpania.

Polsko-francuskie badania, których współautorką jest Patrycja Ściślewska z Wydziału Biologii UW, wywracają to myślenie do góry nogami. Dla naszego mózgu jedna nieprzespana noc i chroniczne niedosypianie to dwa różne scenariusze – wywołują zupełnie inne zmiany w jego pracy

Choć skutki niewyspania od lat interesują neuronaukowców, większość eksperymentów koncentrowała się dotąd na jednej całkowicie zarwanej nocy. Znacznie mniej wiadomo było o scenariuszu bliższym codzienności – kilku kolejnych dniach snu skróconego mniej więcej o jedną trzecią, czyli modelu typowego dla wielu z nas tygodnia pracy. Tę lukę postanowili wypełnić badacze z Polski i Francji, po raz pierwszy bezpośrednio porównując oba rodzaje niedoboru snu – donosi Serwis Naukowy Uniwersytetu Warszawskiego.

Mózg w skanerze

Aby zrozumieć, co dzieje się w naszych głowach, gdy zmuszamy organizm do przedłużonego czuwania badacze zaprojektowali precyzyjny eksperyment. Wzięło w nim udział 28 zdrowych ochotników, z których każdego trzykrotnie przebadano w skanerze fMRI (funkcjonalnego rezonansu magnetycznego, który obrazuje aktywność mózgu).

– Czasem zdarza się, że musimy zarwać noc, ponieważ trzeba np. dokończyć ważny projekt. To odpowiada pierwszemu scenariuszowi – całkowitej deprywacji snu. W przypadku chronicznej deprywacji, próbowaliśmy odtworzyć intensywny roboczy tydzień pracy wielu z nas – 5 dni, podczas których śpimy mniej, niż powinniśmy – opowiada Patrycja Ściślewska.

Ochotników badano trzykrotnie: po okresie prawidłowego snu, po całkowitej deprywacji sennej (około 26 godzin bez zmrużenia oka), oraz po okresie chronicznej deprywacji, która symulowała wyczerpujący roboczy tydzień – przez pięć nocy uczestnicy spali tylko po pięć godzin (czyli o 36% krócej niż zazwyczaj). Aby mieć pewność, że badani podążali za wytycznymi eksperymentu, nosili oni specjalne urządzenia zwane aktygrafami, które rejestrowały stany snu i czuwania.

– Wiemy dokładnie, że badani trzymali się naszego scenariusza, ponieważ dawaliśmy im aktygrafy. To są takie urządzenia, podobne do smartwatcha, które mierzą ruch, tętno, oddech i tak dalej. Na tej podstawie jesteśmy w stanie stwierdzić, czy osoby badane śpią, czy są aktywne – mówi Ściślewska.

W klasycznych badaniach zazwyczaj porównuje się grupę ludzi niewyspanych z uśrednionym wynikiem z innej grupy ludzi wyspanych. O wyjątkowości badań polsko-francuskich naukowców świadczy tak zwane podejście podłużne.

– Badanie zostało zaprojektowane tak, aby każdy człowiek był skanowany trzykrotnie. Jest to badanie podłużne, czyli śledzimy jednego człowieka w trzech różnych stanach. Dzięki temu mogliśmy porównywać niewyspany mózg do mózgu tej samej osoby w stanie wyspania – opowiada badaczka.

Naukowcy potraktowali każdego uczestnika jako jego własny punkt odniesienia, śledząc, jak zmienia się mózg tej konkretnej osoby. Nasze mózgi różnią się między sobą pod względem połączeń tak samo, jak różnią się nasze twarze pod względem koloru oczu, rozmiaru nosa czy krzaczastości brwi.

Sieć lotnisk w twojej głowie

W celu przeanalizowania ogromnej ilości danych ze skanera naukowcy wykorzystali teorię grafów – dziedzinę matematyki, która pozwala analizować mózg nie jako zlepek osobnych obszarów, ale jako dynamiczną sieć.

– Nowością w badaniu jest to, że traktowaliśmy mózg jako sieć połączeń. Nie skupialiśmy się na poszczególnych obszarach mózgu jako odizolowanych regionach, ale potraktowaliśmy go jako sieć obszarów, które wchodzą ze sobą w interakcję. Żeby to zrobić, wykorzystaliśmy teorię grafów. Daje ona bardzo dużo możliwości, jeżeli chodzi o sprawdzenie, jak dana sieć się zmienia, jak jest reorganizowana, czy któreś obszary zyskują połączenia, czy inne je tracą – stwierdza Ściślewska.

Wyobraźmy sobie mózg jako skomplikowaną siatkę połączeń lotniczych. Niektóre jego obszary pełnią rolę ogromnych hubów, czyli wielkich lotnisk przesiadkowych (jak lotnisko Chopina), które mają mnóstwo połączeń wychodzących do innych regionów.

Gdy jesteśmy wyspani, informacje krążą po tej sieci szybko i efektywnie. Natomiast pod wpływem deprywacji snu dochodzi do potężnej dezorganizacji – główne huby tracą swoje połączenia, a ruch zostaje przekierowany na mniejsze lotniska (np. do Radomia), aby w trybie awaryjnym utrzymać cały system ruchu.

Dzięki zaprojektowaniu innowacyjnego wskaźnika Hub Disruption Index naukowcy pokazali, że u każdej badanej osoby ten wewnątrzsieciowy chaos wyglądał inaczej, ale zawsze prowadził do znacznego przetasowania najważniejszych „węzłów komunikacyjnych” mózgu.

Tryb awaryjny

Okazało się, że całkowita deprywacja senna i chroniczna deprywacja reorganizują nasze funkcjonowanie na różne sposoby. Kiedy nie śpimy przez całą noc, mózg wchodzi w specyficzny tryb awaryjny. W szczególności zmienia się wtedy sieć stanu spoczynkowego (ang. Default Mode Network, DMN) odpowiedzialna np. za autorefleksję czy błądzenie myślami.

Po zarwanej nocy badacze zaobserwowali zjawisko kompensacji – podczas gdy jedne obszary sieci drastycznie tracą zdolność komunikacji, inne zaczynają przejmować ich rolę, zwiększając swoją aktywność.

To rodzaj awaryjnej reorganizacji, która pozwala nam działać dalej, ale zwykle kosztem koncentracji, szybkości myślenia i precyzji decyzji. W praktyce łatwiej wtedy o rozproszenie, „odpływanie” myślami i drobne błędy, zwłaszcza w zadaniach wymagających uwagi przez dłuższy czas.

– U każdego z badanych doszło do reorganizacji sieci. Bez względu na to, co mierzyliśmy, jaką charakterystykę grafu, zawsze znajdowaliśmy reorganizację połączeń funkcjonalnych – opowiada Ściślewska.

Plusem jest to, że po zarwanej nocy mamy świadomość upośledzenia własnych funkcji poznawczych i raczej powstrzymamy się na przykład przed wsiadaniem za kółko.

Życie na autopilocie

A co czeka nas pod koniec tygodnia po pięciu dobach niedoboru snu? Zaskakująco coś zupełnie innego niż w przypadku jednej zarwanej nocy. Zmiany wywołane chronicznym niedosypianiem uderzają w przednią część sieci czołowo-ciemieniowej, kluczową dla logicznego myślenia i podejmowania decyzji.

W codziennym życiu może to wyglądać bardzo niepozornie: czytamy kilka razy ten sam mail, zapominamy o załączniku, odruchowo jedziemy znaną trasą mimo wcześniejszego planu albo wykonujemy dobrze znaną procedurę, pomijając jeden prosty krok. To nie spektakularne „wyłączenie” mózgu, lecz seria drobnych przesunięć w kontroli uwagi i nawykach, które pod koniec tygodnia zaczynają się kumulować.

Strukturą, która najlepiej pomaga rozróżnić zarwaną noc od przewlekłego niedosypiania okazał się móżdżek. Po jednej nieprzespanej nocy jego aktywność w obszarach czuciowo-ruchowych spada. Jednak po tygodniu niedosypiania móżdżek staje się hiperaktywny, zarówno w sferze ruchowej, jak i w obszarach odpowiedzialnych za procesy poznawcze i emocjonalne. Tak jakby mózg coraz większą część codziennych czynności próbował obsługiwać automatycznie, bez pełnego angażowania świadomej kontroli.

– Móżdżek odgrywa ważną rolę w automatyzacji naszych czynności. Gdy jesteśmy chronicznie niewyspani to często się zdarza, że nie pamiętamy, czy zamknęliśmy drzwi albo wyłączyliśmy żelazko, bo zrobiliśmy to automatycznie. Czyli działamy na autopilocie. Obserwujemy to w badaniu na poziomie neuronalnym – wyjaśnia badaczka.

Zjawisko jest o tyle zdradliwe, że przy chronicznym niedosypianiu często wydaje nam się, że „przecież spaliśmy”, więc mamy tendencję do fałszywego oceniania naszych możliwości. Badania jasno pokazują, że ten stan silnie dezorganizuje architekturę naszego mózgu.

Sowy i skowronki

Kto lepiej znosi brak snu? Okazuje się, że zmiany w mózgu powodowane przez deprywację senną są powiązane z tym, w jaki sposób pracuje nasz zegar biologiczny. Badacze przeanalizowali chronotypy ochotników, czyli to, czy są rannymi ptaszkami czy nocnymi markami oraz amplitudę ich rytmu okołodobowego (wyrazistość rytmu).

Wyrazistość rytmu okołodobowego to siła, z jaką odczuwamy różnicę między godzinami pełnej energii a momentami, gdy marzymy tylko o drzemce. Rytm okołodobowy działa jak sinusoida – z okresami wysokiej i niskiej aktywności. O ile chronotyp wskazuje, kiedy ta sinusoida osiąga szczyt, o tyle wyrazistość, czyli amplituda rytmu – opisuje, jak duża jest różnica między „najlepszymi” a „najgorszymi” godzinami, czyli między szczytem a dołkiem.

Jednym słowem, osoby o wysokiej wyrazistości czują się znakomicie w swoich ulubionych godzinach, ale praktycznie nie funkcjonują w innych, podczas gdy osoby o niskiej wyrazistości utrzymują stabilniejszy poziom aktywności w ciągu całego dnia. A jak reagują na brak snu?

Osoby o wyższej amplitudzie, a więc z bardziej wyrazistym rytmem dobowym lepiej sobie radziły, zwłaszcza po jednej zarwanej nocy. Posiadały naturalną tarczę ochronną – ich sieci mózgowe lepiej opierały się deprywacji snu, były mniej podatne na nagłe rozregulowanie i doznawały mniejszych zmian.

U osób o wieczornym chronotypie, czyli „sów”, dużo wyraźniej zaznaczała się różnica między szokiem po jednej nocy bez snu a powolnym „rozsypywaniem się” uwagi po kilku dniach niedosypiania.

To sugeruje, że nasz indywidualny rytm biologiczny decyduje o naszej wrażliwości na zmęczenie.

Czy da się to odespać?

Na koniec warto zadać ważne pytanie – czy można odespać wcześniejszy brak snu? Całkowitą deprywację senną (jedną zarwaną noc) mózg rekompensuje zazwyczaj dość szybko, potrzebując jednej lub dwóch nocy regeneracyjnych, wyrównawczych, by wrócić do normy. Dużo gorzej ma się sprawa z przewlekłym niedosypianiem.

– W przypadku chronicznej deprywacji snu jest to trochę bardziej skomplikowane, ponieważ te zmiany są może mniej spektakularne, natomiast bardziej rozległe i potencjalnie mogą kumulować się w czasie. Czyli mimo że każdego dnia niedosypiamy tylko trochę, powrót do pierwotnego stanu – a więc regularnego, efektywnego snu – może trwać dłużej – opowiada badaczka.

W praktyce oznacza to, że już jeden typowy „roboczy tydzień” – pięć kolejnych nocy snu skróconego do około pięciu godzin – wystarczył, by w skanach zobaczyć wyraźne i bardziej rozległe niż po jednej zarwanej nocy przetasowanie sieci mózgowych. To sugeruje, że skutki takiego zmęczenia mogą narastać bardziej podstępnie i trudniej je „wyzerować”.

Badania Patrycji Ściślewskiej to krok w stronę spersonalizowanego zarządzania zmęczeniem. Wiedząc, że różne typy braku snu reorganizują sieć naszych połączeń neuronalnych w różny sposób, staje się jasne, że nie możemy stosować tych samych metod zapobiegania zmęczeniu u wszystkich. Student zarywający noc przed egzaminem będzie potrzebował innej interwencji niż pielęgniarz, kierowca zawodowy, czy lekarka pracujący w systemie zmianowym.

I warto pamiętać, że oszukiwanie własnego mózgu kilkoma godzinami snu na dobę ma na nas dużo większy wpływ, niż nam się do tej pory wydawało.

Źródło: serwisnaukowy.uw.edu.pl

redakcja