Naukowcy z Uniwersytetu w Lozannie odkryli nową funkcję „miejsca sinawego” mózgu w regulacji snu i jego zaburzeń. Region ten odgrywa kluczową rolę w przejściu między snem NREM i REM, przy jednoczesnym zachowaniu subtelnej, nieświadomej świadomości środowiska zewnętrznego. Stres upośledza jednak jego aktywność, prowadząc do pogorszenia jakości snu.
Zaburzenia snu dotykają coraz większą liczbę osób, stwarzając poważne ryzyko dla ich zdrowia. U ssaków sen charakteryzuje się naprzemiennymi cyklami pomiędzy dwoma odrębnymi stanami: snem bez szybkich ruchów gałek ocznych (NREM) i snem z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM).
Jednakże zasady regulujące te cykle pozostają słabo poznane. Badania prowadzone przez profesor Anitę Lüthi, badaczkę z Wydziału Neuronauk Podstawowych na Wydziale Biologii i Medycyny Uniwersytetu w Lozannie (UNIL), po raz pierwszy pokazują, że miejsce sinawe (LC), obszar pnia mózgu, jest zaangażowany w organizację snu.
Jak dotąd LC był znany jako główny regulator zdolności reagowania na trudne sytuacje podczas czuwania, a nie snu. Badanie przeprowadzone przez Anitę Lüthi i opublikowane w: Neuronauka przyrodnicza pokazuje teraz, że LC określa, kiedy możliwe jest przejście między dwoma stanami snu, co pokazuje, że ten obszar mózgu ma kluczowe znaczenie dla normalnej cykliczności stanów snu.
Co więcej, zespół odkrył, że doświadczenia w ciągu dnia, zwłaszcza stres, zakłócają aktywność LC podczas snu i skutkują dezorganizacją cyklu snu i zbyt częstymi przebudzeniami. Odkrycia te dostarczają kluczowych informacji pozwalających na lepsze zrozumienie zaburzeń snu i mogą prowadzić do ulepszonych metod leczenia.
Nowa definicja struktury snu
LC, od dawna uznawana za centrum produkcji noradrenaliny – głównego hormonu regulującego naszą zdolność reagowania na wyzwania środowiskowe poprzez mobilizację mózgu i ciała – jest niezbędna dla czuwania poznawczego. Podczas snu jego aktywność ulega wahaniom, naprzemiennie osiągając szczyty i dołki w odstępach około 50 sekund.
Rola tej działalności była dotychczas słabo poznana. Dzięki wdrożeniu zaawansowanych technologii neurobiolodzy z UNIL byli w stanie wyselekcjonować szlaki neuronalne w tym obszarze mózgu myszy. „Odkryliśmy, że zarówno szczyty, jak i dołki zmiennej aktywności LC odgrywają kluczową rolę w organizacji snu. To nowy element strukturalny snu; działa trochę jak zegar” – wyjaśnia Georgios Foustoukos, jeden z trzech głównych autorów badania.
Ich wyniki pokazują, że sen składa się z nieznanych wcześniej jednostek strukturalnych, podczas których dwie funkcje są sekwencyjnie koordynowane. Podczas szczytów aktywności LC część podkorowego mózgu wchodzi w stan bardziej przypominający czuwanie dzięki noradrenalinie, umożliwiając nieświadomą czujność wobec otoczenia i potencjalnych zagrożeń. I odwrotnie, podczas dolin możliwe jest przejście do snu REM.
Dwie kluczowe funkcje regenerującego snu
W normalnych warunkach ludzki sen NREM składa się z czterech odrębnych etapów, które obejmują najgłębsze etapy snu. Sen REM natomiast charakteryzuje się dużą aktywnością mózgu związaną ze snami i zajmuje około kwadransa nocy. W typową noc w skoordynowany sposób występują naprzemiennie stany NREM i REM, pozwalając ciału i umysłowi odpocząć i zregenerować się. Neuronaukowcy z UNIL zidentyfikowali LC jako strażnika tych przejść, precyzyjnie kontrolującego, kiedy może nastąpić przejście ze snu NREM do REM, zwłaszcza w momentach, gdy jego aktywność jest niska.
I odwrotnie, naukowcy odkryli, że gdy aktywność LC jest podwyższona, do mózgu uwalniana jest większa ilość noradrenaliny, co sprawia, że pewne obszary mózgu są bardziej podatne na pobudzenie, nie budząc jednak organizmu. Stan ten reprezentuje nieznany wcześniej rodzaj pobudzenia, który podczas snu generuje czujność wobec otoczenia i ciała, ułatwiając całkowite i szybkie przebudzenie w sytuacji awaryjnej. „Innymi słowy, mózg jest częściowo przytomny na poziomie podkorowym, podczas gdy na poziomie korowym śpi” – mówi Anita Lüthi.
Nadzieja na zaburzenia snu
Innym ważnym wnioskiem z tego badania jest obserwacja, że stresujące doświadczenia podczas czuwania u myszy mogą zakłócać sen poprzez zwiększenie aktywności LC, co opóźnia początek snu REM i fragmentuje sen NREM, powodując zbyt wiele przebudzeń. Dotyczą one zarówno podkorowych, jak i korowych części mózgu. Zdaniem Anity Lüthi wyniki torują drogę nowym zastosowaniom klinicznym dla osób cierpiących na zaburzenia snu: „Nasze odkrycia mogą pomóc lepiej zrozumieć zaburzenia snu powiązane z zaburzeniami zdrowia psychicznego, takimi jak stany lękowe lub inne zaburzenia snu. Co więcej, oferują możliwości nowych metod leczenia, takich jak wykorzystanie LC jako biomarkera do monitorowania i potencjalnie korygowania cykli snu. Siła naszej pracy polega na tym, że znacznie przybliżamy aktywność neuronową śpiącego mózgu do parametrów snu człowieka, które znamy ze szpitala”. Rozpoczęto współpracę kliniczną ze Szpitalem Uniwersyteckim w Lozannie (CHUV), aby ocenić, czy mechanizmy zidentyfikowane u myszy można zastosować do ludzkiego snu.
Wreszcie, badanie dostarcza również wskazówek pozwalających lepiej zrozumieć sen poprzez ewolucję gatunek. W przeciwieństwie do ssaków z dwoma wyraźnie odrębnymi stanami snu, niektóre archaiczne gatunki, takie jak gady, nie wykazują tak dobrze określonej dwoistości. Jednakże u kilku gadów występują dwa rodzaje snu, które trwają naprzemiennie przez około 50 sekund. Sugeruje to, że prekursory aktywności LC już istniały, aby ustrukturyzować ich starożytny sen.
Odniesienie: „Infrawolne fluktuacje aktywności locus coeruleus infraslow są bramami cyklu snu NREM–REM” autorstwa Alejandro Osorio-Forero, Georgios Foustoukos, Romain Cardis, Najma Cherrad, Christiane Devenoges, Laura MJ Fernandez i Anita Lüthi, 25 listopada 2024 r., Neuronauka przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41593-024-01822-0
