Корова дефиниция на съня
Изследователите използват електрофизиологията за характеризиране на съня от средата на 20-ти век. При животни с развит неокортекс, включително бозайници и птици, сънят се проявява като очни движения, промени в мускулния тонус и модели на мозъчната дейност, които могат да бъдат открити чрез електроенцефалография (ЕЕГ). REM-фазата на съня, която се характеризира с бързо движение на очите, се разграничава от останалите фази по поведенческа характеристика и специфични модели на електрическата активност в кората на главния мозък. Но е невъзможно да се разграничи REM-фазата от будното състояние въз основа само на ЕЕГ, затова сънят по време на тази фаза е известен още като парадоксален сън (REM/PS).
Използвайки тaзи електрофизиологичнa работна дефиниция, учените са направили значителен напредък в дешифрирането на механизмите, регулиращи съня и събуждането. Това определение толкова силно е залегнало в съзнанието на изследователската общност, че много от нас са забравили колко измамно и ограничено може да бъде то. Първо, ЕЕГ записва само сигнали от неокортекса, който покрива и скрива останалата част от мозъка, където в действителност се разполагат невронните локуси, генериращи и регулиращи съня. Второ, тъй като само чрез ЕЕГ не може да се направи разлика между REM/PS и будно състояние, става ясно, че регистрирането на активността единствено на повърхността на мозъка не е достатъчно, за да се дефинира сънят.
Поведенческа дефиниция на съня
В началото на 80-те години, Ирен Тоблер от Университета на Цюрих е дала по-широка дефиниция на съня, приложима към всички животни – от хлебарки до слонове. Тя е използвала шест поведенчески критерия: намалена подвижност, предпочитание за място (например легло), специфична поза (например легнало положение), бърза обратимост на състоянието (за разлика от комата) и най-важното – повишен праг на възбудимост (липса на възприятие на околната среда), както и хомеостатичен контрол. Днес, с помощта на тези шест критерия, изследователите са установили състояние на сън в стотици гръбначни и безгръбначни животни и до момента няма доказателства за животински видове, които не спят.
Освен това, поведенческите критерии на Тоблер позволиха въвеждането на добре установените (и непритежаващи неокортекс) генетични модели като Drosophila, C. elegans и рибата зебра. И все пак, поведенческите критерии са ограничени, тъй като те не позволяват количествено определяне на съня, за разлика от ЕЕГ и измерванията на мускулния тонус. И така, тези изследвания на съня разчитат предимно на оценка на движението. Определянето на това дали плодовата мушица е заспала, например, изисква тя да бъде „притеснена“ физически и при това вероятно да бъде събудена. Само една дефиниция на съня, базирана на запис на мозъчната активност, може да позволи правилното количествено определяне на съня, без да се нарушава естественото поведение на животното.
Към подкорова дефиниция на съня
Тук е парадоксът: въпреки че изглежда сънят е характерен за цялото животинско царство, най-точното ни определение на това явление се основава на записи на неокортекса – най-слабо разпространената част на нервната система сред гръбначните (и напълно отсъстваща при безгръбначните). Използването на електрофизиологични и поведенчески критерии, доведе до значителен напредък в разгадаването на механизмите, регулиращи сън и будно състояние при гръбначните животни. Изследователите са идентифицирали мозъчни ядра, вериги и невротрансмитери, които участват в регулацията на тези състояния. Освен това, те са идентифицирали центрове за превключването им в мозъчния ствол и хипоталамуса – структури, съхранени във всички гръбначни животни.
Вместо да се разчита на неокортекса, като източник на съня, би трябвало дефиницията за сън при гръбначните да се основава на активността на подкорови структури, които го генерират и регулират. В този смисъл, интерес представлява на първо място мозъчният ствол, тъй като той съдържа региони, критични за възникване на сън (мостът), възбуда (локус церулеус, парабрахиалното ядро и други) и контролира мускулния тонус. С развитието на методите на образно изследване на целия мозък, даващи възможност за сравняване на два далечни вида гръбначни животни, като например мишка и риба зебра, ние скоро ще бъдем в състояние да дефинираме съня за всички гръбначни, като се базираме на динамиката на общите за тях мрежи в по-дълбоките зони на мозъка.
Към синаптична и функционална дефиниция на съня
Въпреки че подкоровата дефиниция за съня при гръбначните би била крачка напред, тя все пак не може лесно да се приложи към нервната система на безгръбначните. Така тя няма да предостави едно наистина универсално определение за всички животни. Ако приемем, че сънят е основна физиологична нужда, то най-добрият начин той да се дефинира би бил да се идентифицира тази нужда. Така че, вместо да се разчита на определение, базирано на източника (ЕЕГ, поведение) или регулатора (невронни вериги) на съня, най-добрата дефиниция директно ще отговори на простия въпрос: защо спим?
Вероятно сънят има множество функции, но се натрупват все повече доказателства, според които основната му роля е регулацията на нервната пластичност. Липсата на сън намалява ефективността на изпълнение на двигателните и когнитивни задачи, а самият сън засилва мисловните функции, силата на паметта и ученето.
Работата с бозайници, други гръбначни животни (риба зебра), както и безгръбначни модели, подчертава значението на съня за синаптичното ремоделиране. С оглед на тази обща черта, сънят може да се сравни със състояние, подпомагащо нервното развитие: функционално състояние, което се е запазило от простите нервни вериги до сложните мрежи на неокортекса. Според тази хипотеза, състоянието на сън позволява критични механизми на пластичност да бъдат приведени в действие, за да се улесни създаването и разрушаването на връзки в рамките на нервните вериги, които, по време на непредсказуемата синаптична обстановка по време на будното състояние, биха могли да нарушат поведението или процесите на учене. С експерименталните познания, събрани до този момент, спокойно може да кажем, че сън – това е специфичен вид пластично състояние, вероятно сходно при всички видове нервни системи и етапи на развитие. Това състояние не просто е важно за правилното функциониране на нервната система, но самото то зависи от активността и целостта ѝ.
През следващите години, изследванията върху синаптичните изменения в целия мозък, специфични за състоянието на сън, ще разкрият изначалната му функция и ще установят дефиниция, която не просто ще бъде приложима за всички видове, но и за повечето типове нервни мрежи, изискващи повишена пластичност.
Също така, ще бъде интересно да видим дали можем да идентифицираме синаптичните „подписи“ на неокортекса по време на REM/PS и другите фази на съня, които ще направят възможно и съставяне на молекулярното им определение. Това днес може да звучи провокативно, защото REM/PS често се свързва с сънуването и е в основата на концепцията за сън при бозайниците, но REM/PS може да съществува под най-редуцираната си синаптична форма при останалите гръбначни и безгръбначни видове.
Превод: Росица Ташкова
