Kun näemme unta, aivomme ovat täynnä meluisaa sähköistä toimintaa, joka näyttää lähes identtiseltä hereillä olevien aivojen toiminnan kanssa.
Berkeleyn yliopiston tutkijat ovat kuitenkin löytäneet kohinan joukosta signaalin, joka määrittelee uni- eli REM-unen, mikä saattaa helpottaa unihäiriöistä kärsivien ihmisten sekä tajuttomien koomapotilaiden tai nukutuksessa olevien seurantaa.
Vuosittain sadattuhannet ihmiset käyvät yön yli tutkimuksissa, joilla diagnosoidaan heidän unensa ongelmia, ja useimmat heistä kytketään elektroenkefalogrammiin (EEG), jolla seurataan aivotoimintaa heidän edetessään valveillaolosta syvään, hidasaaltoiseen uneen ja edelleen REM-uneen. EEG ei kuitenkaan yksinään kerro, onko potilas hereillä vai näkeekö hän unta: Lääkärit voivat erottaa REM-unen vain rekisteröimällä nopeat silmänliikkeet – tästä nimi johtuu – ja lihasjänteyden, koska kehomme rentoutuu yleiseen halvaukseen estääkseen meitä toimimasta unissamme.
”Meillä on nyt todellakin mittari, joka kertoo tarkasti, milloin olet REM-unessa. Se on yleismaailmallinen mittari, joka kertoo tajuttomuudesta”, sanoo Robert Knight, UC Berkeleyn psykologian ja neurotieteen professori ja tutkimusta kuvaavan artikkelin vanhempi kirjoittaja, joka julkaistiin 28. heinäkuuta eLife-verkkolehdessä.
”Nämä uudet havainnot osoittavat, että ihmisaivojen sähköiseen staattisuuteen on haudattu jotakin täysin ainutlaatuista – yksinkertainen allekirjoitus”, sanoo toinen kirjoittaja ja unentutkimuksen tutkija Matthew Walker, UC Berkeleyn psykologian ja neurotieteen professori. ”Ja jos mittaamme tuon yksinkertaisen sähköisen allekirjoituksen, voimme ensimmäistä kertaa määrittää tarkasti, missä tajunnan tilassa joku on – unessa, hereillä, nukutettuna tai syvässä unessa.”
Kyky erottaa REM-uni EEG:n avulla antaa lääkäreille mahdollisuuden tarkkailla nukutettuja ihmisiä leikkauksen aikana, jotta he voivat tutkia, miten huumausaineiden aiheuttama tajuttomuus eroaa tavallisesta unesta – kysymys, joka on vielä avoin. Tämä on tärkein syy siihen, miksi ensimmäinen kirjoittaja, anestesiologian erikoistuva lääkäri Janna Lendner, aloitti tutkimuksen.
”Kerromme usein potilaillemme, että ’nyt nukutte’, ja olin utelias, kuinka paljon nämä kaksi tilaa todella ovat päällekkäisiä”, sanoi Lendner, joka on UC Berkeleyn tutkijatohtori, joka opiskelee neljättä vuotta anestesiologian erikoislääkärin virassaan yliopistollisessa lääketieteellisessä keskuksessa Tübingenissä, Saksassa. ”Anestesialla voi olla sivuvaikutuksia. Jos opimme hieman siitä, miten ne menevät päällekkäin – ehkä anestesia kaappaa joitakin unireittejä – voimme ehkä parantaa anestesiaa pitkällä aikavälillä.”
Nukkuminen rauhoittaa aivoja
Nukkuminen, kuten Walker kirjoitti vuonna 2017 ilmestyneessä kirjassaan ”Miksi nukumme”, ”rikastuttaa moninaisia toimintoja, mukaan luettuna kykymme oppimiseen, muistiin painamiseen sekä loogisten päätösten ja valintojen tekemiseen”. Psykologista terveyttämme hyväntahtoisesti palveleva uni kalibroi uudelleen emotionaalisia aivopiirejämme, minkä ansiosta pystymme selviytymään seuraavan päivän sosiaalisista ja psykologisista haasteista kylmäpäisesti.”
Häiriöinen uni häiritsee kaikkea tätä, mikä lisää lääketieteellisten, psykiatristen ja neurologisten sairauksien riskiä.
Viimeisin unitutkimus keskittyy synkronoituihin, rytmikkäisiin aaltoihin, jotka kulkevat aivojen hermoverkon halki hitaista aalloista, jotka viestivät syvästä unesta tyypillisesti yön ensimmäisinä tunteina, korkeamman frekvenssin omaaviin, tyypillisimpiin unen unelle tyypillisiin aivojen korkeampiin taajuusyhtymiin. Nämä aallot ponnahtavat esiin runsaan yleisen aktiivisuuden, jota kutsutaan myös 1/f:ksi, yläpuolella, ja joka on tyypillisesti hylätty kohinaksi ja jätetty huomiotta.
Mutta Knight ja hänen laboratorionsa ovat tarkastelleet tätä ”kohinaa” jo vuosikymmenen ajan ja havainneet, että se sisältää hyödyllistä tietoa aivojen tilasta. Esimerkiksi vuonna 2015 hän ja Bradley Voytek, entinen tohtoriopiskelija, joka on nyt UC San Diegon tiedekunnassa, havaitsivat, että korkeataajuisen aktiivisuuden määrä kasvaa iän myötä. Lendner on nyt havainnut, että korkeataajuisen aktiivisuuden nopeampi väheneminen suhteessa matalataajuiseen aktiivisuuteen on REM-unen ainutlaatuinen tunnusmerkki.
”On olemassa tämä tausta-aktiviteetti, joka ei ole rytmikästä, ja olemme jättäneet sen huomiotta melko pitkään”, Lendner sanoi. ”Joskus sitä on kutsuttu kohinaksi, mutta se ei ole kohinaa; se sisältää paljon tietoa myös taustalla olevasta herätystasosta. Tämä toimenpide mahdollistaa REM-unen erottamisen valveillaolosta pelkästään EEG:tä tarkastelemalla.”
Koska hitaat aallot liittyvät aivojen toiminnan estämiseen, kun taas korkeataajuinen aktiivisuus – kuten valveillaolon aikana havaittu – liittyy herättävään käyttäytymiseen, jyrkempi lasku voi olla osoitus siitä, että REM-unen aikana monet aivojen toiminnot, mukaan lukien lihasten liikkeisiin liittyvät toiminnot, vaimenevat.
Uusi mittaustapa kvantifioi aivotoiminnan suhdetta eri taajuuksilla – kuinka paljon toimintaa on taajuuksilla noin 1 syklistä sekunnissa 50 sykliin sekunnissa – ja määrittää kaltevuuden, eli kuinka nopeasti spektri laskee. Tämä 1/f-”pudotus” on jyrkempi REM-unessa kuin valveilla ollessa tai nukutuksessa.
Lendner löysi tämän tunnusomaisen mittarin 20 ihmisen yöllisestä aivotoiminnasta, joka oli nauhoitettu Walkerin UC Berkeleyn unilaboratoriossa EEG-päänkaulan elektrodien avulla, sekä 10 ihmisestä, joiden aivoihin oli asennettu elektrodeja epilepsian syiden etsimiseksi välttämättömänä esipuheena aivoleikkaukselle, jolla pyrittiin lievittämään kohtauksia.
Hän nauhoitti myös 12 epilepsiapotilaan ja 9 muun potilaan aivotoimintaa, joille tehtiin selkäydinleikkaus yleisellä yleisanestesia-aineella Propofolilla.
Lendner tarkastelee nyt koomapotilaiden aivotallenteita nähdäkseen, miten heidän aivotoimintansa vaihtelee vuorokauden aikana, ja voiko 1/f-pudotusta käyttää osoittamaan koomasta heräämisen todennäköisyyttä.
”Vielä tärkeämpää on kuitenkin se, että se on toinen mittari koomatilojen arvioimiseksi”, Knight sanoi. ”1/f on hyvin herkkä. Se voi ratkaista esimerkiksi sen, onko joku ollut minimaalisessa tajunnan tilassa, eikä hän liiku, ja sen, onko hän valppaampi kuin luulet hänen olevan.”
Viite: Lendner, J. D., Helfrich, R. F., Mander, B. A., Romundstad, L., Lin, J. J., Walker, M. P., Larsson, P. G., & Knight, R. T. (2020). Elektrofysiologinen merkkiaine arousal-tasolle ihmisillä. ELife, 9, e55092. https://doi.org/10.7554/eLife.55092