Tibor bá’ online

Unalmas és hosszú – ha nem érdekel a téma, akkor ne olvasd el 😀

Abban az évben, amikor először lett meghódítva az Everest, és amikor a DNS struktúráját felfedezték, egy frissen végzős PhD hallgató, Eugene Aserinsky olyan megfigyelésbe kezdett, ami előtte senkinek se jutott eszébe. Órákat töltött el alvó emberek mellett figyelve lehunyt szemüket. Meglepő volt amit tapasztalt. A várt lassú periodikus szemgolyómozgás helyett, gyors és szabálytalan „csapkodást” tapasztalt. Korábban az alvást meglehetősen passzív és érdektelen agyi állapotnak hitték. De Aserinsky és oktatója a Chicagói Egyetem pszichológusa Nathaniel Kleitman kimutatták, hogy ez a gyors szemmozgás (rapid eye movement = REM) szoros korrelációt mutatott a felfokozott agyi tevékenységgel és az álmodással.

Most, hosszú évekkel később, az alvás majd minden aspektusa még mindig titokzatos terra incognita. Ma se tudjuk mire jó az alvás, hogyan alakult ki, és egyáltalán miért álmodunk, annak ellenére, hogy az átlagos emberi élethosszon belül 25 év alvással telik el. Minden esetre a REM felfedezésének ötvenedik évfordulóján Chicagóban összegyűltek a világ alváskutatói, hogy egymástól kérdezzék, miért alszunk, mi az egésznek az értelme?

Az emberek nagy része úgy érzi, nem aludhat eleget. Néhányan kitűnően érzik magukkal fele annyi alvással, mint amennyi az átlag. Egyszerre a delfinek agyának csak a fele alszik. A kísérleti patkányok három hét alvástalanság után kimúlnak. Evvel szemben bizonyos pingvin fajták költés közben három hónapig is kibírják alvás nélkül. Az alvás minden fajnál előfordul, még a bogarak is alszanak. Az ember élete egy harmadát alvással tölti. Ennek ellenére senkinek sincs semmi ötlete, miért alszunk vagy egyáltalán miért alakult ki az alvás. Az alvással kapcsolatos ismeret hiányunk lassan már szégyellnivaló. Próbáljunk csak találni egy másik olyan alapvető biológiai jelenséget, aminek nem ismerjük az okát. Nem megy, mert ilyen nincs. A Kaliforniai Egyetem alváskutatója, Craig Heller szerint: „Az agykutatás terén ez a legnagyobb eddig meg nem válaszolt kérdés.” Tudatlanságunk nem próbálkozás hiányából fakad. Legalább egy tucat elmélet létezik az alvás funkciójára, melyek négy csoportba oszthatók:

• 1) Rekuperáció (helyreállítás és felépülés),
• 2) Ragadozók elkerülése,
• 3) Energia takarékoskodás, és
• 4) Információ feldolgozása.

Az alváskutatók nagyobbik része örömmel fogadja el, hogy az alvásnak több funkciója is van, és az elméletek nagy része, talán valamennyi, párhuzamosan alkalmazva helytálló. Ennek ellenére egyik elképzelés se bizonyított. Vegyük például a Rekuperációt. Valószínűleg ez lenne a legkézenfekvőbb ok az alvásra, és egészen biztos ez lenne a legkönnyebben igazolható. Csakhogy fogalmunk sincs mi az, amit helyre állit az agy és hogyan. Miért lehet ilyen kemény dió az alvás?

Egyik legnagyobb akadály az alvás kettős természete. Alvás közben két, egymástól nagyon eltérő állapot között ingadozunk. Az első a lassú hullámú alvás, mert erre a hosszú, lusta, hullámzó elektromos aktivitás (delta hullámok) jellemzőek, ami látszólag az egész agyra rászinkronizálódik. A második a gyors szemmozgással (REM) jellemezhető alvás. A REM alvásra jellemző a viharos agyi aktivitás, ami az EEG vizsgálat szerint nagyon hasonlít az ébrenlétre. Ezen kívül egyértelmű fizikai jelei vannak:

• 1) A szemgolyók gyors vibráló mozgása,
• 2) A közel totális izomgörcs, ami megakadályozza az álom alatti mozgást,
• 3) Pénisz erekciója (nőknél a clitoris megtelik vérrel és a vagina nedvessé válik).

A REM alvás az evolúció korai szakaszában jelent meg. Az emlősökön kívül madarak és hüllők is alszanak. Aztán meg a REM alvás aktív volta azt sugallja, hogy funkciója valószínűleg igen hasznos. Ezeket mind figyelembe kell venni minden valamire való elméletnek. Az igazság az, hogy ez ideig az alváskutatás főleg a REM kutatásából állt (olyan mértékben, hogy bár a lassú alvásnak több fázisa is van, ezeket egyszerűen nem-REM alvásnak titulálják). Ennek ellenére a REM titok megfejtése annyira nehéznek tűnik, hogy egyes kutatók kétlik, meg lesz-e valaha is oldva a talány. A Lyoni Egyetem veterán alváskutatója, Michel Jopuvet szerint, aki eddig 48 évet töltött alváskutatással: „A REM alvásnak biológiai funkciója van, de eddig nem voltunk képesek megtalálni azt, és nem is hiszem, hogy megtaláljuk a következő ötven év alatt.”

Bár a különböző kutatócsoportok folyamatosan vizsgálják a REM alvást, az elmúlt néhány évben olyan új alváselméletek látottak napvilágot, melyeket a REM alvást a háttérbe helyezték, és azt állítják, hogy vizsgálódás szempontjából a nem-REM alvás a fontosabb. Ezen elméletek szerint a REM alvás mindössze kiszolgálója a nem-REM alvásoknak azzal az egyetlen funkcióval, hogy időnként mentesítse az agyat a nem-REM alvás tevékenységének terhelése alól, esetleg ellenőrizze, és az igénynek megfelelően módosítsa annak menetét. A kérdés persze az, hogy ez az új ötletsorozat meghozza-e a sikert?

Ezen elméletek egyikét Heller dolgozta ki, aki vagy hat évvel korábban furcsa agyi elektromos tevékenységet vett észre nem-REM alvás alatt. Az EEG jelek alapos elemzése azt mutatta, hogy rövid ideig tartó, apró, olyan tevékenységi mintázatok jelennek meg, amelyek a REM alvásba történő, félbehagyott, átmenetre hasonlítottak. Ezek a jelenségek egyre gyakrabban jelentek meg, mígnem az agy a végén REM alvásba süllyedt. Másképp fogalmazva a REM alvásba süllyedést erőltető nyomás fokozatosan növekedett a nem-REM alvás alatt, míg végül az agy nem tudott tovább ellenállni. Heller szerint ez egy forradalmian új megfigyelés. Az alvás szabályozására vonatkozó elméletek szerint egy külső főkapcsoló szabályos menetrend szerint (a klasszikus 90 perces ciklusnak megfelelően) végzi az agy egyik alvásból a másikba kapcsolását. Így aztán mind a két alvásformának meg van a kellő ideje, hogy ellássa feladatát. Csakhogy a félbehagyott átmenetek felgyülemlése azt sugallja, hogy az átkapcsolást valami más végzi. Úgy tűnik, mintha a nem-REM alvás okozná a REM alvás szükségességét. Ezt az elképzelést tovább erősíti a tény, miszerint a REM alvás hossza arányos az azt megelőző nem-REM alvás hosszával. Talán kijelenthető, hogy minél több időt töltünk a nem-REM alvás állapotában, annál több REM alvásra van szükség a nem-REM alvás kiheverése végett. Heller szerint a REM alvásnak másodlagos, agyat pihentető szerepe lehet olyan kifáradás közömbösítés, amit a nem-REM alvás alatt végzett -bármi legyen is az – kemény munka okoz. A feltételezés szerint a nem-REM alvás alatt történik valami (bizonyos kiegyensúlyozatlanság), amit a REM alvás alatt kijavításra szorul. De mi történik a nem-REM alvás alatt, amit utána ki kell javítani? Heller szerint energia feltöltésről lehet só. Maximális kapacitással működő neuronok glikogén készlete hamar kimerül, amit rövid időn belül fel kell tölteni. Ehhez a feltöltéshez az agynak nyugalmi állapotba kell kerülni, amikor is a neuron membránok csillapított, hiperpolarizált-nak nevezett elektromos állapotba kerülnek, inaktívvá válnak, és mint ilyen, nem reagálnak a külső ingerekre. Ez az állapot az öntudatlan, lassú hullámú alvásban mutatkozik meg. Hiperpolarizációnak viszont ára van. Csak úgy érhető el, ha a működésben fontos szereppel rendelkező nátrium ionok kiszivárognak a neuronból. Ez a kiszivárgás azonban sokáig nem tartható fenn, visszafordíthatatlan folyamat bekövetkezése nélkül. Éppen ezért az agynak időnkint nátrium ionokat kell bepumpálni a rendszerbe, újrapolarizálva a membránokat, és ezzel működési állapotba kapcsolja a kortext, miközben az agy viszonylag nyugodt állapotban marad. Ez az, amit REM alvás alatt átélünk, amikor is az összes felfokozott jelenség csak mellékterméknek számít. Az álom mindössze másodlagos, vagy harmadlagos jelenség, és semmiképpen nem funkciója a REM alvásnak. Csak hát ez egy kissé kiábrándító. A REM alvás alatt tapasztalt varázslatos élmény és komplexitás valóban nem lenne más, mint nátrium ionok bepumpálása a membránokba? E kérdésre Heller hamiskás mosoly kíséretében rámutatott arra, hogy feltételezése többnyire bizonyítatlan, és jócskán van még hely meglepetéseknek, majd így folytatta: „Abban viszont biztos vagyok, hogy a dolog ennél jóval bonyolultabb lesz.”

Időközben olyan újabb ötletekkel állnak elő, amelyek a nem-REM alvást helyezik az előtérbe anélkül, hogy a REM alvást teljes mértékben mellékszerepbe száműznék. Az egyik hipotézissel a Kaliforniai Salk Intézet laborjának munkatársa, Terrence Sejnowski állt elő. A hipotézis szerint a nem-REM alvást az agy a rekuperálásra használja fel, ami alatt olyan regenerálódást kell érteni, mint például: fehérjefeltöltés, szinapszisok megerősítése, receptorok membránba helyezése, és így tovább. A rekuperációs agytevékenység alatt az embernek öntudatlan állapotban kell lennie, hogy a neuronok tevékenysége ne akadályozza a folyamatot. Ez hasonlít ahhoz, amikor lakás átalakítás közben a bentlakók ideiglenesen elköltöznek. Aztán, amikor az agy elvégezte a „felújítást” átkapcsol REM alvásra, ami alatt az agy leellenőrzi az elvégzett munkát és megvizsgálja kell-e még tenni valamit. Ez után újfent visszakapcsol nem-REM állapotba és folytatja a rekuperációt. „Napközben tapasztalatokat gyűjtesz, információkat szedsz össze, apró kis, adagokban.” Állítja Sejnowski. „Azután ezeket az információkat át kell szervezni, és fontossági sorrendbe kell rendezni, amire a lassú-hullámú alvás közben kerül sor.” Ezekhez az elképzelésekhez a bizonyíték az a „spindling”-nek (tüskekitörés) elkeresztelt elektromos jelenség, ami a számítógépes modellből származik. Az elektromos tevékenység tüskekitörést kizárólag az ébrenlétből nem-REM alvásba és REM alvásból nem-REM alvásba történő átmeneti állapot alatt tapasztalják. Tüskekitörés alatt azokba a neuronokba történik felfokozott kalcium beáramlás, amelyek a nap folyamán kismértékben módosultak. Az pedig tudott, hogy a kalcium enzimtevékenység aktiválására és génutasításokra használatos. Követ­kezés­képpen feltételezhető, hogy az ébrenlét alatt bekövetkező apró változásokat a kalcium állandósítja. „Okos dolog-e az összes változtatást egyszerre elvégezni?” Teszi fel a kérdést Sejnowski. „Először néhányat végrehajtasz, aztán leteszteled milyen hatást értél el vele, és ha megfelelő, akkor folytatod. Lehet, hogy a REM alvás jelenti a tesztelést.” Van más bizonyíték is arra, hogy az agy leterhelése szabja meg, mennyi mély-alvásra van szüksége. Lehet, hogy a keményen dolgozó területek alvás állapota eltér azoktól a területektől, amelyek napközben kevésbé voltak szorgalmasak. Ennek az elképzelésnek az a legszebb része, hogy meg tudja magyarázni, miért van az éjszaka folyamán több átkapcsolás nem-REM és REM alvás között, és miért kezdődik az alvás mindig nem-REM állapottal. Ha a két eltérő alvásmódnak egymástól független funkciója lenne, akkor nem egészen világos miért van ez az elrendeződés. Ha azonban a nem-REM alváshoz a REM állapot alapvetően fontos szereppel bír, akkor a tapasztaltak tökéletesen logikussá válnak.

Egy másik vezető kutató, Derk-Jan Dijk, aki a Guildfordi (Surry, Anglia) Egyetem nem rég megnyílt Alváskutató Központjának igazgatója, a REM alvást másodla­gos­nak, de nem jelentéktelennek tekinti. Dijk biztos abban, hogy az alvás főfunkciója az agy rekuperációja, aminek – bármi is legyen az – nem sok köze van a REM alváshoz. Kérdésünkre rámutatott, hogy a REM alvások hossza az éjszaka folyamán folyamatosan növekszik és közvetlenül a felébredés előtt a leghosszabb. „Ez a tény mond valamit a REM alvás funkciójáról” tette hozzá „nem lehet olyan nagyon fontos szerepe a rekuperációban.” Hát akkor mi a szerepe? Lehet, hogy az alvás és ébrenlét állapot közötti átmenetben van szerepe. Vannak, akik úgy gondolják, hogy a REM alvás az ébrenlét kapuja. Állatok gyakran minden egyes REM állapot után felébrednek, leellenőrizve, hogy körülöttük minden rendben van-e, majd visszasüllyednek az alvásba. Erre az ember is képes, amikor valamit – például alvó csecsemőt – rendszeresen ellenőriznie kell.

Egy másik új elképzelés a REM alvást még jelentéktelenebb szerepben tűnteti fel, legalább is felnőttek esetében. Ezek szerint a REM alvásnak van funkciója, de csak a méhen belül és közvetlenül a születés után. Felnőttek esetében a REM alvás mindössze a megfelelő fejlődési szakasz visszamaradt csökevénye. Nem más, mint az agy köldöke. Ez az (meglehetősen „meredek”) ötlet a Missouri Egyetem Gyógy-alvás Központjának munkatársától, Stephen Duntley-től szármaszik. Aki abból a jól ismert tényből indult ki, hogy a gyermeki agy kifejlődése folyamán a kortexben lévő felesleges neuronok „lemetsződnek”,  valószínűleg a megfelelő formátum kialakítása végett. Az lemetsződés egy beprogramozott sejthalál, vagy apoptosis, aminek beindulása neuron tevékenység jelzésére történik. Duntley csoportjának elképzelése szerint az agynak rekuperáció végett szüksége van eseménytelen időszakokra, ami azonban csecsemőknél problémát okoz. Nem előnyös túl sok neuront veszíteni alvásba merülés közben. Ezen kívül a csoport egy másik jól ismert tényre hívja fel a figyelmet, vagyis arra, hogy az anyaméhtől kezdve egészen a gyermekkor végéig az alvás igen nagy része REM állapotban történik. REM alvás alatt a neuronok valóban nagyon-nagyon aktívak. EEC jelek alapján a REM alvás az ébrenléttől alig különböztethető meg. Lehet, hogy a két állapot kapcsolódik egymáshoz? Lehet, hogy a REM alvás alatti felfokozott aktivitásnak köze van az agy kiépítéséhez? Ennek felfedéséhez a csoport egyik tagja Michael Morrissey a Clonidine nevű drogot használta fel arra, hogy egészen fiatal patkányokat megfosszon normál RAM alvásuk 60 százalékától. Amikor a patkányok agyát megvizsgálták felfokozott méretű apoptosist, sokkal több elhalt sejtet találtak, mint az indokolt lett volna. A csoport úgy gondolta, hogy a REM alvás a kifejlődés folyamán fokozatosan felvette a neuronok aktív állapotban tartásának szerepét az apoptosis megakadályozása végett. „Ez egy roppant izgalmas elmélet”, állapítja meg Duntley.

Kritikusok beismerik, hogy az ötlet rendkívül érdekes, de a feltárt adatokat nem tartják egyértelműen meggyőzőnek. A Kentucky Egyetem gyermek-alvás szakértője, David Gozal rámutatott arra, hogy a csoport által alkalmazott apoptosis mintavétel nem túl érzékeny. Mivel a fejlődés ezen szakaszában jelentős apoptosisra kerül sor, nehéz biztosan megmondani, hogy ez a REM alvástól megfosztott patkányoknál nagyobb-e a normálisnál vagy sem. Erre a kritikára Duntley azt válaszolta, hogy kutatásaik még igencsak korai állapotban vannak, és hipotézisüket könnyen ellenőrizni lehet pontosabban kidolgozott technikával.

Van azonban egy másik prominens csoport is, akik nem hajlandók elfogadni, hogy az alvás mindössze pihenés és rekuperáció. Véleményük szerint az alvásnak, különösen a REM alvásnak, az információ feldolgozásban, kategorizálásban és memória elraktározásában, talán még az alkotó gondolkodásban is fontos szerepe van.

Az elképzelés, miszerint az alvásnak fontos szerepe van a tanulásban és a visszaemlékezésben, még 1983-ban született, amikor a kettős-spirállal hírnevet szerzett James Watson azon sejtésének adott hangot, miszerint a szükségtelen adatok és események kiirtásáért a REM tehető felelőssé. Azóta ez a terület jelentősen felfutott, ami számtalan bizonyítékot szült arra, hogy a REM alvás szoros összefüggésbe hozható az úgynevezett „feldolgozó memóriával”, ami bonyolult feladatok, mint például lovaglás, kerékpározás, zongorán játszás megtanulásához szükséges. (Tegyük hozzá, hogy más memóriára, számok, adatok tárolására az alvás vélhetően nem hat ki). Az egyik, ma már klasszikusnak mondható, kísérletben önként jelentkezőkkel négy órán keresztül játszattak egy viszonylag egyszerű videojátékot. A játék szabálya roppant egyszerű volt, a TV ernyőn látható volt hat darab lámpa, melyek rövid időre, össze-vissza felvillantak. Mindegyik lámpához tartozott egy-egy nyomógomb. A feladat szerint a lámpa felvillanásának pillanatában a hozzá tartozó gombot minél gyorsabban meg kellett nyomni. A kísérlet lényege szerint a  játékosok nem tudták, hogy a lámpák nem randomizáltan villantak fel, hanem precíz, de bonyolult sorrendben. A kísérlet második szakaszában a játékosok egy teljes éjszakát átaludtak, ami alatt egy részük nyugodtan aludhatott, másik részüket azonban gyakran felkeltették, lehetetlenné téve a REM alvás létrejöttét. Másnap a jelentkezők újból nekiálltak a játéknak. Most jön a meglepetés. Azok, akik előző éjszaka nyugodtan aludhattak a következő napon sokkal hatékonyabban játszottak (mert éjszaka megtanulták az el nem árult felvillanási szekvenciát), míg, akiket megfosztottak a REM alvástól, semmit nem javultak. A kísérlet ki volt még bővítve egy harmadik csoporttal is, akiknél a lámpák találomra gyulladtak ki és így nem volt mit megtanulni. Ezeknek az eredménye másnapra semmit se javult. A kísérletsorozatból egyértelműen következett, hogy a REM alvás alatt a feldolgozó memória „konszolidálódik”. Ezen kívül azonban, a feldolgozó memóriával kapcsolatos REM alvást szerepét illetően, számtalan hasonló kísérlet vezetett egyazon következtetésre. Megállapítható még, hogy mástípusú kísérleti eredmények is támogatják a fenti megállapítást.

Ezzel ellentétben, vagy éppen ezzel párhuzamosan, az agy a lassú-hullámú alvás alatt dolgozza fel a térbeli adatokat, például egy új városrészben való eligazodás megtanulását. Az egyik kísérletben önként jelentkezők egy joystick segítségével navigáltak egy virtuális városban, miközben agyukat PET (pozitron emissziós tomográfia) segítségével leképezték. Az eligazodás tanulása közben a PET a hippokampuszban felfokozott tevékenységről árulkodott pontosan úgy, ahogy azt a korábbi kísérleti eredményeiből következtetve elvárták. Ezt követve a kísérleti alanyok aludni tértek miközben még mindig rá voltak kapcsolva a PET-re. Ekkor a lassú-hullámú alvásuk alatt a hippokampusz pontosan olyan tevékenységről árulkodott, mint amilyen a tanulás alatt volt tapasztalható. Ezeket a kísérleteket a Liégei Egyetem (Belgium) munkatársa Philippe Peigneux végezte, aki így kommentálta az eredményeket: „a lassú-hullámú alvásnak tényleg komoly köze van a memóriához”.

Az ötlet, vagyis hogy az ember alvás közben tanul, sokak szemében igen vonzó, de nem mindenki hiszi, hogy a valóságot takarja. Létezik egy igen hangosan kritizáló kisebbség, akik állítják, hogy az alvásnak az égvilágon semmi köze a tanuláshoz. Úgy tűnik tehát, hogy az alvás funkciók közül a legtetszetősebbet fel kell helyezni a polcra, és rá kell ragasztani egy címkét: további bizonyításra vár.

Az leghangosabb kritikus Vértes Róbert a Floridai Atlantic Egyetem Komplex Rendszerek és Agytudományi Központ munkatársai. Vértes azt állítja, hogy memóriával kapcsolat REM alvási szerep nagyon is ellentmondásos, hiszen a témát publikálók fele azt állítja, hogy az alvásnak nincs hatása a tanulásra. Azok, akik valamifajta hatásról számolnak be, azt állítják, hogy ez a hatás a REM alvás elvonásával nem szabályozható. Előfordulhat, hogy az alvástól megfosztott kísérleti alanyok egyszerűen azért szerepelnek gyengébben, mert ki vannak fáradva. Vértes legfrappánsabb bizonyítéka agysérüléses betegektől származik, akiknél egyáltalán nincs REM alvás. Az egyik nevezetesen esetben egy férfit 20 éves korában fejlövés ért, aminek következtében elveszítette a REM-alvásba süllyedés képességét. A férfi legjobb esetben is az alvásidő 1-2 százalékában tudott csak REM állapotba kerülni. Ennek ellenére folytatta tanulmányait és végén gyakorló jogász lett belőle. Vértes szerint nehéz elhinni, hogy ilyen eredményt el lehet érni a feldolgozó memória nagyfokú működésképtelensége mellett.

Egy másik csokorra való ellenbizonyíték állatkísérletekből származik. Ha a REM alvásnak intellektuális funkciója van, akkor a kevésbé intelligens állatoknál miért vannak oly hosszú REM periódusok? Egy tehénnek lehet annyi problémája, mint nekünk? Az UCLA (University of California, Los Angeles) egyetem munkatársa, Jeremos Siegal a következőkre mutat rá: „Nem tapasztalható korreláció az intelligencia és a REM alvás időtartama között”. Példának okáért a platipusz napi 14 órát alszik, amiből 8 óra REM állapot. Siegal szerint a kacsacsőrű emlős egy szeretni való állat, de rendkívül stupid.

Az elmélet hirdetőit ez azonban nem ingatja meg. A Harvard Orvosi Fakultásának munkatársa Robert Stickgold szerint az információ feldolgozás mellett szóló bizonyítékok minősége annyira jó, hogy nem képezheti vita tárgyát. Az eredmények konfidencia intervalluma 0,999 (Megjegyzem: Ez függ a megválasztott szignifikancia szinttől – ami lehet 1% vagy 5%, és ezt az értéket nem közölték – valamint a kiválasztott szabadságfoktól is – amit szintén nem közöltek). Az állatokkal való összehasonlítás pedig értelmetlen, és minden csak nem tudományos. Ez olyan mintha azt mondanák, a százlábúnak több tucat lába van mégis lassabban halad, mint a négylábú gepárd, következésképpen a lábak nem lehetnek a mozgás szervei.

Az alvástudomány beindulása után ötven évvel közelebb állunk-e az alvás megismeréséhez, mint a kezdet kezdetén? A válasz nem könnyű, de legalább túl vagyunk már azon, amikor az alvást csak aktivitás hiányának tekintették és az álom nem tűnt másnak, mint vágyaink kifejezése, ami akár a veséből is származhatott, már amennyit a biológiáról tudtunk. Minden esetre, ha rájövünk mi az álom funkciója, elképzeléseink gyökeresen meg fognak változni. Az állom fejtőknek pedig felkopik majd az álla. 😀

_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________