Keď spíme, máme zvyčajne zatvorené oči. Pod našimi zatvorenými viečkami sa však odohráva veľká aktivita: tím výskumníkov pod vedením vedúcich výskumných pracovníčok Caroline Lustenbergerovej, Sarah Meissnerovej a Nicole Wenderothovej z Laboratória kontroly pohybu neurónov na ETH v Zürichu pozoroval, že veľkosť zreničky sa počas spánku neustále mení.

Zrenica počas spánku

Niekedy sa rozšíri, inokedy stiahne; niekedy tieto zmeny nastanú v priebehu niekoľkých sekúnd, inokedy až v priebehu niekoľkých minút. „Táto dynamika odráža stav vzrušenia alebo stupeň aktivácie mozgu v oblastiach zodpovedných za reguláciu spánku a bdenia,“ hovorí Lustenberger. „Tieto pozorovania sú v rozpore s predchádzajúcim predpokladom, že úroveň vzrušenia počas spánku je vo všeobecnosti nízka.“

Namiesto toho tieto výkyvy vo veľkosti zreničiek ukazujú, že mozog neustále strieda vyššie a nižšie úrovne aktivácie, a to aj počas spánku. Tieto nové zistenia potvrdzujú pre ľudí to, čo nedávno zistili iné výskumné skupiny v štúdiách na hlodavcoch, ktoré tiež vykazujú pomalé kolísanie úrovne aktivácie (vo vedeckej komunite známej ako vzrušenie). Štúdia výskumníkov ETH bola nedávno uverejnená v časopise Nature Communications.

Dynamika zreničiek nesúvisí len s rôznymi fázami spánku

Oblasti mozgu, ktoré riadia stav aktivácie, sa nachádzajú hlboko v mozgovom kmeni. Preto bolo ťažké priamo merať tieto procesy u ľudí počas spánku. Existujúce metódy sú technicky náročné a v tomto kontexte sa ešte neosvedčili. Štúdia výskumníkov ETH je preto založená na meraniach zreničiek. Je dobre známe, že zreničky indikujú stav aktivácie, keď je človek v bdelom stave. Môžu sa preto použiť ako markery aktivity v hlbších oblastiach mozgu.

Na skúmanie zmien v zreničkách ľudí počas spánku vyvinuli výskumníci ETH novú metódu: pomocou špeciálnej lepiacej techniky a priehľadnej náplasti dokázali udržať oči pokusných osôb otvorené niekoľko hodín. „Našou hlavnou obavou bolo, že subjekty nebudú môcť spať s otvorenými očami. V tmavej miestnosti však väčšina ľudí zabudne, že má oči stále otvorené a môže spať,“ vysvetľuje hlavný autor štúdie Manuel Carro Domínguez, ktorý techniku vyvinul.

Analýza údajov ukázala, že dynamika zreničiek súvisí nielen s rôznymi fázami spánku, ale aj so špecifickými vzorcami mozgovej aktivity, ako sú spánkové vretienka a výrazné vlny hlbokého spánku – mozgové vlny, ktoré sú dôležité pre konsolidáciu pamäte a stabilitu spánku. Vedci tiež zistili, že mozog reaguje na zvuky s rôznou intenzitou v závislosti od úrovne aktivácie, ktorá sa odráža vo veľkosti zreničky.

Ústredným regulátorom úrovne aktivácie je malá oblasť v mozgovom kmeni nazývaná locus coeruleus. U zvierat vedci dokázali, že je dôležitá pre reguláciu štádií spánku a bdelosti. V tejto štúdii sa vedcom z ETH nepodarilo dokázať, či je locus coeruleus skutočne priamo zodpovedný za zmeny zrenice. Odborníci pozorovali len zmeny zreníc, ktoré súvisia so stupňom aktivácie mozgu a srdcovej činnosti.

V nadväzujúcej štúdii sa chcú vedci pokúsiť ovplyvniť aktivitu locus coeruleus pomocou liekov, aby zistili, ako to ovplyvňuje dynamiku zreníc. Dúfajú, že získajú poznatky o tom, či je táto oblasť mozgu skutočne zodpovedná za kontrolu zreničiek počas spánku a ako zmeny v úrovni aktivácie ovplyvňujú spánok a jeho funkcie.

Využitie dynamiky zreníc na diagnostiku chorôb

Pochopenie dynamiky zreničiek počas spánku by mohlo priniesť aj dôležité poznatky pre diagnostiku a liečbu porúch spánku a iných ochorení. Výskumníci preto chcú zistiť, či zmeny zreničiek počas spánku môžu poskytnúť vodítka k funkčným poruchám systému vzrušenia. Medzi ne patria poruchy ako nespavosť, posttraumatická stresová porucha a prípadne Alzheimerova choroba.

Ďalším cieľom je, aby sa táto technológia dala použiť aj mimo spánkových laboratórií, napríklad v nemocniciach, kde by mohla pomôcť monitorovať bdelosť pacientov v kóme alebo presnejšie diagnostikovať poruchy spánku. Zrenica ako okno do mozgu by tak mohla otvoriť cestu novým možnostiam v spánkovej medicíne a neurovede.