Chociaż wiemy, że szybki ruch gałek ocznych – czyli REM – odgrywa kluczową rolę w spokojnym śnie, wciąż nie posiadamy pełnej wiedzy na temat mechanizmów nim rządzących. Na szczęście, zespół badaczy, korzystając z nowatorskiej technologii zwanej optogenetyką, odkrył, że mogą wywołać epizody REM, emitując światło bezpośrednio na wybrane komórki mózgu.
W skład zespołu wchodzą członkowie Massachusetts Institute of Technology (MIT) oraz Harvard Medical School, którzy podzielili się swoimi odkryciami w najnowszym raporcie badawczym.
Naukowcy zauważyli, że pień mózgu zawiera komórki cholinergiczne, które są kluczowe w regulowaniu snu REM. Niemniej jednak, z powodu obecności wielu innych typów komórek w tym regionie, trudności sprawia określenie konkretnej roli neuronów cholinergicznych w tym procesie.
Dr Christa Van Dort z Wydziału Nauk o Mózgu i Poznaniu na MIT, główny autor badań, zaznacza, że wcześniejsze badania sugerowały, iż neurony cholinergiczne w pniu mózgu są aktywne zarówno w czasie czuwania, jak i snu REM. Jednak «nikt nie był w stanie jednoznacznie stwierdzić, czy aktywacja tych specyficznych komórek była odpowiedzialna za inicjowanie snu REM».
W związku z tym, zespół postanowił zbadać, czy neurony cholinergiczne można wykorzystać do wywołania snu REM. Posłużyli się przy tym rewolucyjną technologią optogenetyki, która umożliwia naukowcom kontrolowanie aktywności neuronów za pomocą światła.
Aktywacja neuronów cholinergicznych zwiększa liczbę epizodów snu REM
Optogenetyka polega na wprowadzeniu do neuronów białka z alg, które reaguje na konkretne długości fal światła, co pozwala na ich aktywację. W 2005 roku badacze z Uniwersytetu Stanford odkryli, że można wprowadzić to białko do wybranych komórek mózgowych, co daje możliwość precyzyjnego sterowania ich aktywnością.
Dr Van Dort i jej zespół przeprowadzili badania na myszach, w których neuronach cholinergicznych wprowadzono białko wrażliwe na światło. Aktywacja neuronów odbywała się za pomocą urządzenia światłowodowego zamontowanego na głowach myszy.
Wyniki badań pokazały, że aktywując światłoczułe neurony cholinergiczne podczas snu non-REM, zwiększono liczbę – ale nie długość – epizodów snu REM u myszy. Co ciekawe, zaindukowane epizody REM naturalnie wpisywały się w rytm ich naturalnych cykli snu.
Obecnie zespół bada, w jaki sposób układ cholinergiczny łączy się z innymi strukturami mózgu, które są już znane jako kluczowe dla snu REM. Dodatkowo, prowadzone są prace nad udoskonaleniem jakości snu non-REM.
Celem jest poprawa sposobów projektowania naturalnego snu
To badanie jest niezwykle istotne, ponieważ dostarcza nowych informacji na temat mechanizmów kontrolujących sen REM, a tym samym przybliża nas do zrozumienia, jak wywołać naturalny sen u ludzi.
Odpowiednia ilość snu jest kluczowa dla regeneracji mózgu oraz dla przetwarzania wspomnień, wsparcia systemu immunologicznego i utrzymania prawidłowych funkcji organizmu.
Różne etapy snu pełnią różne funkcje – jak zauważa Emery Brown, starszy autor badań oraz specjalista ds. inżynierii medycznej w MIT. Z badań na zwierzętach wynika, że sen REM sprzyja procesom uczenia się, podczas gdy sen wolnofalowy, znany jako trzeci poziom snu bez REM, jest niezbędny do poprawy samopoczucia i regeneracji.
Dotychczasowe leki nie były w stanie w pełni naśladować korzyści płynących z naturalnego snu, gdzie cykle REM i non-REM zmieniają się co 90 minut. Prof. Brown podkreśla: «Leki, które mamy, po prostu wywołują stan uspokojenia. Czasami, jeśli mamy szczęście, mogą stymulować naturalne mechanizmy snu.»
Ostatecznym celem zespołu jest znalezienie lepszych metod na wywołanie naturalnego snu. Planują oni badać i kontrolować różne etapy snu zarówno oddzielnie, jak i w połączeniu.
Niedawno opublikowano także inne badania z dziedziny optogenetyki, w których naukowcy odkryli sposób na odczytywanie i zapisywanie sygnałów mózgowych za pomocą błysków światła.
W tych badaniach, zespół z University College London w Wielkiej Brytanii wykazał, że mogą używać światła do aktywacji komórek mózgowych pozbawionych aktywności, a także uzyskiwać unikalne kolory emitowane przez aktywne komórki. Dzięki temu byli w stanie skutecznie selekcjonować komórki mózgowe w oparciu o różne wzory i mierzyć reakcje wybranych obwodów.
Nowe badania i ich implikacje
W 2024 roku badania w obszarze snu REM i technologii optogenetycznej zyskują na znaczeniu, a wyniki mogą przynieść rewolucję w sposobie leczenia zaburzeń snu. Naukowcy koncentrują się nie tylko na mechanizmach wywołujących sen REM, ale także na tym, jak można je wykorzystać w praktyce klinicznej. W przyszłości możemy spodziewać się nowych terapii, które będą bardziej skuteczne i naturalne, przynosząc ulgę osobom cierpiącym na zaburzenia snu. Przesunięcie w stronę indywidualizowanej medycyny snu może wkrótce stać się rzeczywistością, a wyniki tych badań będą fundamentem dla przyszłych innowacji w tej dziedzinie.
