Faza REM chroni przed drapieżnikami
Sen w fazie REM, podczas której pojawiają się marzenia senne ma ochronne znaczenie dla zwierząt żyjących w środowisku pełnym drapieżników. Taki sen przyspiesza wybudzenie i sprawia, że zwierzę jest gotowe na szybką reakcję. Koncepcja jest znana już od dawna, teraz została potwierdzona doświadczalnie i powiązana z obwodem w mózgu, który odpowiada za dzienne reakcje związane ze strachem.
Sen w fazie REM (rapid eye movement, ang. gwałtowne ruchy oka) został opisany przez Williama Dementa już w latach pięćdziesiątych dwudziestego wieku i od tego czasu naukowcy starają się jak najlepiej zrozumieć jego rolę we śnie człowieka i wielu innych zwierząt – dowiedziono, że faza REM występuje u prawie wszystkich ssaków. Wiemy, że sen jest wtedy znacznie mniej spokojny, widać pospieszne wielostronne ruchy gałek ocznych, a mózg wykazuje znacznie większą aktywność, niż w czasie innych faz snu – to właśnie wtedy występują najczęściej marzenia senne. W 1966 roku dr Frederic Snyder postawił hipotezę, zwaną „teorią wartownika”, że większa aktywność mózgu, przypominająca czuwanie i ułatwiająca wybudzanie, pełni rolę ochronną istotną w środowisku, w którym zwierzę narażone jest na nocne ataki drapieżników.
Hipoteza Snydera znalazła teraz potwierdzenie w badaniach prowadzonych przez zespół dr. Wanga Lipinga z Instytutu Zaawansowanych Technologii w Shenzhen (SIAT) Chińskiej Akademii Nauk. Badacze donoszą o istnieniu wspólnego obwodu w mózgu, regulującego zarówno wrodzony strach, jak i sen w fazie REM, co potwierdza tę hipotezę. Badania opisano w czasopiśmie “Neuron”.
W przeprowadzonym przez naukowców SIAT eksperymencie zwierzęta (badania prowadzono na myszach) zasypiały w dobrze odizolowanej od zewnętrznych bodźców komorze, a następnie były poddawane działaniu trimetylotiazoliny (TMT) – składnika kału i moczu lisa, który jest znany jako zapach budzący poczucie niebezpieczeństwa u gryzoni. Wynik – jak relacjonuje dr Wang – przynosi wyraźne rozróżnienie faz snu. Zwierzęta poddane działaniu TMT podczas fazy REM szybko się wybudzały, podczas gdy zwierzęta, na które oddziaływano środkiem w innej fazie snu, spały dalej.
Sen fazy REM charakteryzuje się wyższymi progami pobudzenia w porównaniu do snu bez gwałtownego ruchu gałek ocznych (faza NREM). Po potwierdzeniu tego eksperymentem z trimetylotiazoliną, zespół dr. Wanga postawił sobie za cel odkrycie mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw tej specyficznej funkcji fazy REM. Naukowcy zbadali przyśrodkowe jądro podwzgórzowe (mSTN), to jest region mózgu, który cechuje się dużą gęstością neuronów hormonu uwalniającego kortykotropinę (CRH). Badania prowadzono in vivo na żywych osobnikach, sprawdzając ich aktywność neuronalną.
Autorzy badań odkryli, że neurony mSTN-CRH były odpowiedzialne za szybsze i łatwiejsze wybudzenie podczas snu fazy REM, kiedy wykryte zostanie zagrożenie wywołane przez drapieżniki. Neurony powodowały też nasilone reakcje obronne od razu po przebudzeniu.
Wyniki badań pokazały również, że u zwierząt, które są regularnie przez dłuższy czas narażane na obecność drapieżników, znacząco wzrósł całkowity czas snu REM w czasie nocy, ale poszczególne epizody snu REM były krótsze. Bliskość i większa częstotliwość zagrożenia może więc doprowadzić do fragmentacji i przebudowania architektury snu.
Nie byłoby to możliwe bez istnienia obwodu neuronów mSTN-CRH, który działa także w innych reakcjach związanych ze strachem, występującym w czasie normalnej dziennej aktywności.
Zdaniem autorów jest to przykład tego, jak ewolucja doprowadziła do dwóch odrębnych, ale powiązanych funkcji dla tego samego zestawu neuronów, zamiast tworzyć oddzielny obwód dla każdego z nich.
– Możemy postawić hipotezę, że dobór naturalny faworyzuje optymalizację istniejących obwodów neuronowych pod kątem wydajności transdukcji sygnału i zużycia energii w porównaniu z rozwiązaniami droższymi metabolicznie – mówi dr Wang.
– Nasze badanie stawia pytanie, czy możliwe jest leczenie zaburzeń nastroju poprzez skupienie się na powszechnym obwodzie regulacyjnym snu i strachu. Będziemy nadal pracować nad tym pytaniem – dodaje dr Yu-Ting Tseng, główny autor publikacji.
Źródło badań:Yu-Ting Tseng et al., The subthalamic corticotropin-releasing hormone neurons mediate adaptive REM sleep responses to threat, Neuron (2022). DOI: 10.1016/j.neuron.2021.12.033.
Opracowano na podstawie artykuły Rapid eye movement sleep helps protect against predator attack opublikowanego na portalu MedicalXpress.
