Podczas snu nasze oczy są zazwyczaj zamknięte. Jednak pod zamkniętymi powiekami odbywa się wiele aktywności: zespół naukowców pod kierownictwem starszych badaczy Caroline Lustenberger, Sarah Meissner i Nicole Wenderoth z Neuronal Movement Control Laboratory w ETH Zurich zaobserwował, że rozmiar źrenicy stale zmienia się podczas snu.

Źrenica podczas snu

Czasami się rozszerza, czasami zwęża; czasami zmiany te zachodzą w ciągu kilku sekund, czasami tylko w ciągu kilku minut. „Ta dynamika odzwierciedla stan pobudzenia lub stopień aktywacji mózgu w regionach odpowiedzialnych za regulację snu i czuwania” – mówi Lustenberger. „Obserwacje te zaprzeczają wcześniejszemu założeniu, że poziom pobudzenia podczas snu jest ogólnie niski”.

Zamiast tego te wahania wielkości źrenic pokazują, że mózg stale zmienia się między wyższym i niższym poziomem aktywacji, nawet podczas snu. Te nowe odkrycia potwierdzają u ludzi to, co inne grupy badawcze odkryły niedawno w badaniach na gryzoniach, które również wykazują powolne wahania poziomu aktywacji (znanego w środowisku naukowym jako pobudzenie). Badanie naukowców z ETH zostało niedawno opublikowane w czasopiśmie Nature Communications.

Dynamika źrenic jest związana nie tylko z różnymi fazami snu

Regiony mózgu, które kontrolują stan aktywacji, znajdują się głęboko w pniu mózgu. Dlatego też trudno było bezpośrednio zmierzyć te procesy u ludzi podczas snu. Istniejące metody są wymagające technicznie i nie zostały jeszcze opracowane w tym kontekście. Badanie naukowców z ETH opiera się zatem na pomiarach źrenic. Powszechnie wiadomo, że źrenice wskazują stan aktywacji, gdy dana osoba nie śpi. Mogą być zatem wykorzystywane jako markery aktywności w głębszych obszarach mózgu.

Aby zbadać zmiany w źrenicach ludzi podczas snu, naukowcy z ETH opracowali nową metodę: stosując specjalną technikę klejenia i przezroczysty plaster, byli w stanie utrzymać oczy badanych otwarte przez kilka godzin. „Naszą główną obawą było to, że badani nie będą mogli spać z otwartymi oczami. Ale w ciemnym pomieszczeniu większość ludzi zapomina, że ich oczy są nadal otwarte i mogą spać”, wyjaśnia główny autor badania, Manuel Carro Domínguez, który opracował tę technikę.

Analiza danych wykazała, że dynamika źrenic jest związana nie tylko z różnymi fazami snu, ale także ze specyficznymi wzorcami aktywności mózgu, takimi jak wrzeciona snu i wyraźne fale snu głębokiego – fale mózgowe, które są ważne dla konsolidacji pamięci i stabilności snu. Naukowcy odkryli również, że mózg reaguje na dźwięki o różnej intensywności w zależności od poziomu aktywacji, co znajduje odzwierciedlenie w wielkości źrenicy.

Centralnym regulatorem poziomu aktywacji jest niewielki region w pniu mózgu zwany locus coeruleus. U zwierząt naukowcy wykazali, że jest on ważny dla regulacji faz snu i czuwania. W tym badaniu naukowcy z ETH nie byli w stanie udowodnić, czy locus coeruleus jest rzeczywiście bezpośrednio odpowiedzialny za zmiany w źrenicach. Eksperci zaobserwowali jedynie zmiany w źrenicach, które są związane ze stopniem aktywacji mózgu i aktywnością serca.

W kolejnym badaniu naukowcy chcą spróbować wpłynąć na aktywność miejsca sinawego za pomocą leków, aby zbadać, jak wpływa to na dynamikę źrenic. Mają nadzieję uzyskać wgląd w to, czy ten region mózgu jest rzeczywiście odpowiedzialny za kontrolowanie źrenic podczas snu i jak zmiany w poziomie aktywacji wpływają na sen i jego funkcje.

Wykorzystanie dynamiki źrenic do diagnozowania chorób

Zrozumienie dynamiki źrenic podczas snu może również zapewnić ważny wgląd w diagnostykę i leczenie zaburzeń snu i innych chorób. Naukowcy chcą zatem zbadać, czy zmiany w źrenicy podczas snu mogą dostarczyć wskazówek na temat zaburzeń funkcjonalnych układu pobudzenia. Obejmują one zaburzenia takie jak bezsenność, zespół stresu pourazowego i prawdopodobnie chorobę Alzheimera.

Kolejnym celem jest uczynienie tej technologii użyteczną poza laboratoriami snu, na przykład w szpitalach, gdzie mogłaby pomóc w monitorowaniu czuwania pacjentów w śpiączce lub dokładniejszym diagnozowaniu zaburzeń snu. Źrenica jako okno do mózgu może zatem utorować drogę do nowych możliwości w medycynie snu i neuronauce.