Amikor álmodunk, az agyunk tele van zajos elektromos aktivitással, amely szinte teljesen megegyezik az éber agyéval.
A Kaliforniai Egyetem (Berkeley) kutatói azonban egy olyan jelet emeltek ki a zajból, amely egyedileg meghatározza az álmodást, vagyis a REM-alvást, és így potenciálisan megkönnyítheti az alvászavarban szenvedők, valamint az öntudatlan kómás vagy altatásban lévő betegek megfigyelését.
Évente több százezer embert vetnek alá éjszakai vizsgálatoknak, hogy diagnosztizálják alvásproblémáikat, legtöbbjüket elektroenkefalogramra (EEG) kötik, hogy megfigyeljék az agyi aktivitást az ébrenlétből a mély, lassú hullámú alvásba és a REM-alvásba való átmenet során. Az EEG azonban önmagában nem tudja megmondani, hogy a beteg ébren van-e vagy álmodik: Az orvosok csak a gyors szemmozgás – innen az elnevezés – és az izomtónus rögzítésével tudják megkülönböztetni a REM-alvást, mivel a testünk általános bénultságban ellazul, hogy megakadályozza, hogy eljátsszuk az álmainkat.
“Most már tényleg van egy mérőszámunk, amely pontosan megmondja, mikor vagyunk REM-alvásban. Ez az öntudatlan állapot univerzális mérőszáma” – mondta Robert Knight, a UC Berkeley pszichológia és idegtudományok professzora, a kutatást ismertető, az eLife online folyóiratban július 28-án megjelent tanulmány vezető szerzője.
“Ezek az új eredmények azt mutatják, hogy az emberi agy elektromos statikájában van valami teljesen egyedi – egy egyszerű aláírás” – mondta a társszerző és alváskutató Matthew Walker, a UC Berkeley pszichológia és idegtudományok professzora. “És ha megmérjük ezt az egyszerű elektromos aláírást, akkor először tudjuk pontosan meghatározni, hogy valaki pontosan milyen tudatállapotot él át — álmodik, ébren van, altatásban vagy mélyalvásban van.”
A REM-alvás megkülönböztetésének képessége az EEG segítségével lehetővé teszi az orvosok számára, hogy műtét közben megfigyeljék az altatásban lévő embereket, hogy feltárják, miben különbözik a narkotikum okozta öntudatlanság a normál alvástól — egy még mindig tisztázatlan kérdés. Ez a fő oka annak, hogy az első szerző, Janna Lendner, az aneszteziológia szakorvos rezidense kezdeményezte a tanulmányt.
“Gyakran mondjuk a betegeknek, hogy “Most el fog aludni”, és kíváncsi voltam, hogy ez a két állapot valójában mennyire fedi egymást” – mondta Lendner, a UC Berkeley posztdoktori ösztöndíjasa, aki a németországi Tübingenben, a University Medical Center aneszteziológiai rezidensének negyedik évében van. “Az altatásnak lehetnek mellékhatásai. Ha egy kicsit megismerjük, hogyan fedik át egymást – talán az altatás eltérít néhány alvási útvonalat -, akkor hosszú távon talán javíthatunk az altatáson.”
Az alvás megnyugtatja az agyat
Az alvás, ahogy Walker írta 2017-ben megjelent “Miért alszunk” című könyvében, “sokféle funkciót gazdagít, beleértve a tanulási, emlékezeti és logikus döntési és választási képességünket is. A pszichológiai egészségünket jótékonyan kiszolgáló alvás újrakalibrálja érzelmi agyi áramköreinket, lehetővé téve számunkra, hogy a másnapi társadalmi és pszichológiai kihívásokat higgadt nyugalommal navigáljuk.”
A megzavart alvás mindezt megzavarja, növelve az orvosi, pszichiátriai és neurológiai betegségek kockázatát.
A legtöbb alváskutatás az agy idegi hálózatán átáramló szinkronizált, ritmikus hullámokra összpontosít, a mély alvást jelző lassú hullámoktól, jellemzően az éjszaka első néhány órájában, az álomalvásra jellemző magasabb frekvenciájú hullámokig. Ezek a hullámok a sok általános, 1/f-nek is nevezett aktivitás fölött bukkannak fel, amelyet általában zajnak minősítettek és figyelmen kívül hagytak.
De Knight és laboratóriuma egy évtizede vizsgálja ezt a “zajt”, és úgy találta, hogy hasznos információkat tartalmaz az agy állapotáról. 2015-ben például ő és Bradley Voytek, egy korábbi doktorandusz, aki jelenleg a San Diegó-i Kaliforniai Egyetem tanára, felfedezték, hogy a magas frekvenciájú aktivitás mennyisége az életkor előrehaladtával növekszik. Lendner most azt találta, hogy a magas frekvenciájú aktivitás gyorsabb csökkenése az alacsony frekvenciájú aktivitáshoz képest a REM-alvás egyedi jellemzője.
“Van ez a háttértevékenység, amely nem ritmikus, és ezt elég sokáig figyelmen kívül hagytuk” – mondta Lendner. “Néha zajnak nevezték, de ez nem zaj, hanem rengeteg információt hordoz, a mögöttes éberségi szintről is. Ez a mérés lehetővé teszi, hogy csak az EEG-t vizsgálva megkülönböztessük a REM-alvást az ébrenléttől.”
Mivel a lassú hullámok az agyi aktivitás gátlásához kapcsolódnak, míg a magas frekvenciájú aktivitás — mint az ébrenlét során tapasztaltak — az izgalmi viselkedéshez kapcsolódik, az élesebb leesés arra utalhat, hogy a REM-alvás során számos agyi tevékenység, köztük az izommozgáshoz kapcsolódó tevékenységek is lecsillapodnak.
Az új mérés számszerűsíti az agyi aktivitás viszonyát a különböző frekvenciákon — mennyi aktivitás van a körülbelül másodpercenként 1 ciklus és 50 ciklus/másodperc közötti frekvenciákon –, és meghatározza a meredekséget, vagyis azt, hogy milyen gyorsan esik le a spektrum. Ez az 1/f “leesés” élesebb a REM-alvásban, mint ébrenlétben vagy altatásban.
Lendner ezt a jellegzetes mértéket 20 ember éjszakai agyi aktivitásában találta, amelyet Walker UC Berkeley alváslaboratóriumában EEG-skalpelektródákkal rögzítettek, valamint 10 olyan emberben, akiknek az agyába elektródákat helyeztek, hogy az epilepszia okait keressék a rohamok enyhítését célzó agyműtéthez szükséges előzményként.
Az agyi aktivitást 12 epilepsziás betegnél és 9 másik betegnél is rögzítette, akik gerincműtéten estek át a gyakori általános altatószerrel, a Propofollal.
Lendner most a kómás betegek agyi felvételeit vizsgálja, hogy megnézze, hogyan változik az agyi aktivitásuk egy nap folyamán, és hogy az 1/f-es csökkenés használható-e a kómából való felébredés valószínűségének jelzésére.
“Ami még fontosabb, azt hiszem, ez egy újabb mérőszám a kómás állapotok értékeléséhez” – mondta Knight. “Az 1/f nagyon érzékeny. Megoldhatja például, hogy valaki minimálisan tudatos állapotban volt-e, és nem mozog, és hogy éberebb-e, mint gondolnánk.”
Hivatkozás: Lendner, J. D., Helfrich, R. F., Mander, B. A., Romundstad, L., Lin, J. J., Walker, M. P., Larsson, P. G., & Knight, R. T. (2020). Az arousal szint elektrofiziológiai markere emberekben. ELife, 9, e55092. https://doi.org/10.7554/eLife.55092