Když spíme, máme obvykle zavřené oči. Pod zavřenými víčky však probíhá velká aktivita: tým vědců pod vedením vedoucích výzkumných pracovnic Caroline Lustenbergerové, Sarah Meissnerové a Nicole Wenderothové z Laboratoře pro řízení neuronálních pohybů na ETH v Curychu pozoroval, že velikost zornice během spánku neustále kolísá.

Zornice během spánku

Někdy se rozšíří, jindy stáhne; někdy k těmto změnám dochází během několika sekund, jindy až v průběhu několika minut. „Tato dynamika odráží stav vzrušení nebo stupeň aktivace mozku v oblastech odpovědných za regulaci spánku a bdění,“ říká Lustenberger. „Tato pozorování jsou v rozporu s předchozím předpokladem, že úroveň vzrušení během spánku je obecně nízká.“

Tyto výkyvy ve velikosti zornic naopak ukazují, že mozek neustále střídá vyšší a nižší úroveň aktivace, a to i během spánku. Tato nová zjištění potvrzují u lidí to, co nedávno zjistily jiné výzkumné skupiny ve studiích na hlodavcích, u nichž se rovněž projevuje pomalé kolísání úrovně aktivace (ve vědecké komunitě známé jako vzrušení). Studie vědců z ETH byla nedávno publikována v časopise Nature Communications.

Dynamika zornic nesouvisí pouze s různými fázemi spánku

Oblasti mozku, které řídí stav aktivace, se nacházejí hluboko v mozkovém kmeni. Proto bylo obtížné tyto procesy u lidí během spánku přímo měřit. Stávající metody jsou technicky náročné a v tomto kontextu se dosud neujaly. Studie vědců z ETH je proto založena na měření zornic. Je dobře známo, že zornice indikují stav aktivace, když je člověk vzhůru. Lze je proto použít jako markery aktivity v hlubších oblastech mozku.

Pro zkoumání změn zornic u lidí během spánku vyvinuli výzkumníci ETH novou metodu: pomocí speciální lepicí techniky a průhledné náplasti dokázali udržet oči pokusných osob otevřené po dobu několika hodin. „Naší hlavní obavou bylo, že pokusné osoby nebudou schopny spát s otevřenýma očima. V tmavé místnosti však většina lidí zapomene, že má oči stále otevřené, a může spát,“ vysvětluje hlavní autor studie Manuel Carro Domínguez, který techniku vyvinul.

Analýza dat ukázala, že dynamika zornic souvisí nejen s různými fázemi spánku, ale také se specifickými vzorci mozkové aktivity, jako jsou spánková vřetena a výrazné hluboké spánkové vlny – mozkové vlny, které jsou důležité pro konsolidaci paměti a stabilitu spánku. Vědci také zjistili, že mozek reaguje na zvuky s různou intenzitou v závislosti na úrovni aktivace, která se odráží ve velikosti zornice.

Ústředním regulátorem úrovně aktivace je malá oblast v mozkovém kmeni zvaná locus coeruleus. U zvířat vědci prokázali, že je důležitá pro regulaci fází spánku a bdění. V této studii se vědcům z ETH nepodařilo prokázat, zda je locus coeruleus skutečně přímo zodpovědný za změny zornic. Odborníci pouze pozorovali zornicové změny, které souvisejí se stupněm aktivace mozku a srdeční činností.

V navazující studii se vědci chtějí pokusit ovlivnit aktivitu locus coeruleus pomocí léků a zkoumat, jak to ovlivní dynamiku zornic. Doufají, že získají poznatky o tom, zda je tato oblast mozku skutečně zodpovědná za kontrolu zornic během spánku a jak změny v úrovni aktivace ovlivňují spánek a jeho funkce.

Využití dynamiky zornic k diagnostice nemocí

Pochopení dynamiky zornic během spánku by také mohlo poskytnout důležité poznatky pro diagnostiku a léčbu poruch spánku a dalších onemocnění. Výzkumníci proto chtějí zjistit, zda změny zornic během spánku mohou poskytnout vodítka k funkčním poruchám systému vzrušení. Mezi ně patří poruchy, jako je nespavost, posttraumatická stresová porucha a případně Alzheimerova choroba.

Dalším cílem je, aby tato technologie byla použitelná i mimo spánkové laboratoře, například v nemocnicích, kde by mohla pomoci monitorovat bdělost pacientů v kómatu nebo přesněji diagnostikovat poruchy spánku. Zornice jako okno do mozku by tak mohla otevřít cestu novým možnostem v oblasti spánkové medicíny a neurovědy.