Kodėl mes miegame? Šis klausimas mokslininkus ir tyrėjus kamuoja jau seniai. Jei paieškoje parašysite „kodėl mes miegame“, gausite įvairių atsakymų iš įvairių šaltinių. Vieni sako, kad miegas iš smegenų pašalina toksinus, kiti – kad jis padeda organizmui atsistatyti ir atgauti jėgas arba kad jis labai svarbus ilgalaikės atminties formavimuisi.
Dabar Vašingtono universiteto (JAV) mokslininkų atliktas tyrimas pateikė pirmuosius tiesioginius duomenis, galinčius padėti atsakyti į šį klausimą.
„Smegenys yra tarsi biologinis kompiuteris, – sako tyrimo autorius korespondentas Keithas Hengenas. – Atsiminimai ir patirtys budrumo metu po truputį keičia tokio biokompiuterio kodą, pamažu tolindama sistemą nuo idealios būsenos. Pagrindinis miego tikslas – atkurti optimalią būseną.“
Smegenis lyginti su sudėtingu kompiuteriu nėra pernelyg drąsu. Abu objektai informacijos perdavimui naudoja elektrinius signalus, ilgalaikė atmintis yra tarsi standusis diskas informacijai saugoti ir atkurti, o mūsų neuronai panašūs į elektros grandines. Naudotis kompiuteriu reiškia, kad fone vyksta daugybė išteklius monopolizuojančių procesų, dėl kurių laikui bėgant kompiuteris gali sulėtėti. Taikydami „kritinio būvio hipotezę“ (angl. criticality hypothesis), šio tyrimo vykdytojai iškėlė teoriją, kad smegenys veikia panašiai.
Fizikos srityje kritiniu būviu apibūdinama sudėtinga sistema, esanti ties riba tarp tvarkos ir chaoso. Pirmą kartą fizikai kritinio būvio sąvoką sukūrė aštuntojo dešimtmečio pabaigoje, naudodami paprastas taisykles, pagal kurias tūkstančiai smėlio grūdelių buvo numetami ant šachmatų lentos formos tinklelio. Galiausiai smėlio krūvos pasiekia tašką, kai be įspėjimo prasideda didelės ir mažos lavinos, o viename kvadratėlyje esančios krūvos krinta į kitas.
„Visa sistema organizuojasi į kažką nepaprastai sudėtingo, – pasakoja vienas iš tyrimo bendraautorių Ralfas Wesselis.
Taikydami kritiškumo hipotezę smegenims, tyrėjai kiekvieną neuroną prilygina atskiriems smėlio grūdeliams, kurie vadovaujasi labai paprastomis taisyklėmis. Neuronų lavinos panašios į fizikų sukurtas smėlio lavinas, o kritimas yra sudėtingiausią būseną pasiekusios sistemos požymis. Jei neuronai pasiekia aukso vidurį tarp per didelės tvarkos ir per didelio chaoso, jie pasiekia kritinį būvį, ir būtent tada smegenų informacijos apdorojimas yra maksimalus.
Kritiškumo teoriją K. Hengenas ir R. Wesselis išnagrinėjo 2019 m., parodydami, kad smegenys aktyviai veikia siekdamos išlaikyti kritinį būvį. Šiame tyrime jie ir jų kolegos mokslininkai bandė suprasti miego funkciją kritinio būvio rėmuose. Jie matavo jaunų žiurkių regos žievės pavienių neuronų elektrofiziologinius atsakus, kai jos nekliudomai vykdė savp įprastus miego ir budrumo ciklus.
„Kritinio būvio momentu gali kilti įvairaus dydžio ir trukmės lavinos. Nutolus nuo kritinio būvio būsenos sistema tampa linkusi tik į mažas lavinas arba tik į dideles lavinas. Tai panašu į knygos rašymą ir galimybę naudoti tik trumpus arba ilgus žodžius“, – sakė K. Hengenas.
Tyrėjai stebėjo įvairaus dydžio lavinas žiurkėse, kurios ką tik pabudo iš miego. Budrumo laikotarpiais lavinos pereidavo prie vis mažesnių ir mažesnių dydžių. Tyrėjai nustatė, kad stebėdami nervinių lavinų pasiskirstymą jie gali nuspėti, kada žiurkės ruošiasi eiti miegoti arba pabusti. Miegas artėjo, kai lavinų dydis sumažėdavo iki tam tikro lygio.
„Rezultatai rodo, kad kiekviena budrumo akimirka atitolina atitinkamas smegenų grandines nuo kritinio būvio, o miegas padeda smegenims persikrauti“, – sako K. Hengenas.
Apibendrinant, mokslininkai teigia, kad šie duomenys patvirtina modelį, pagal kurį miegas veikia atkuriant kritinį būvį, kuris buvo palaipsniui mažinamas budrumo metu. Jų stebėjimai atitiko jų hipotezę, kad kritinio būvio palaikymas yra pagrindinė, regeneracinė miego funkcija.
Tyrimas paskelbtas žurnale „Nature Neuroscience“.
Parengta pagal „New Atlas“.
