خواب چگونه سموم را از مغز پاك مي‌كند
همگامي امواج مغز در جريان خواب NREM (حركت غيرسريع چشم) ممكن است در پاك‌سازي سموم از مغز نقش داشته باشد. لورا لويس و گروهش تا دير وقت در آزمايشگاهي در دانشگاه بوستون مشغول مطالعه بودند. لويس تا ساعت ۳ بامداد در حال انجام آزمايش‌هايي بود و بسيار دير مي‌خوابيد و صبح روز بعد ديرتر از خواب بيدار مي‌شد. او مي‌گويد وضعيت ما مانند پرواززدگي بود، البته بدون تغيير منطقه‌ي زماني. لويس ارزش خواب شبانه‌ي خوب را مي‌داند، اما وقتي در تلاش هستيد كه آنچه را در هنگام خواب در مغز انسان اتفاق مي‌افتد، مطالعه كنيد، درنهايت بايد قدري فداكاري كنيد. او مي‌گويد:
اين خصوصيت پژوهش‌هاي مرتبط با خواب است؛ وقتي كه مردم مي‌خوابند، شما بايد بيدار بمانيد.
نتايج آزمايش‌هاي او كه به‌تازگي در مجله‌ي Science منتشر شده است، نشان مي‌دهد كه چگونه بدن ما در هنگام خواب، سموم را از مغز مي‌زدايد. اين يافته‌ها مسيرهايي تازه به سوي درمان و پيشگيري از بيماري‌هاي نورودژنراتيوي مانند آلزايمر مي‌گشايد.
وقتي كه مي‌خوابيم، مغز ما از چند مرحله مي‌گذرد؛ از خوابي سبك تا خوابي عميق كه مانند حس بيهوشي است و نيز مرحله‌ي خواب حركت سريع چشم (REM) كه احتمال خواب ديدن ما در آن مرحله بيشتر است. لويس در پژوهش خود روي مرحله‌ي خواب NREM تمركز كرد؛ مرحله‌ي عميقي از خواب كه به‌طور كلي در اوايل شب رخ مي‌دهد و با حفظ حافظه مرتبط است.
مطالعه‌ي مهمي كه روي موش‌ها انجام شده و در سال ۲۰۱۳ منتشر شد، نشان مي‌داد كه وقتي اين جوندگان خواب بودند، سمومي مانند بتاآميلوئيد كه در بيماري آلزايمر مي‌تواند نقش داشته باشد، از مغز آن‌ها زدوده مي‌شود. لويس در اين مورد كنجكاو بود كه چگونه اين سموم پاك مي‌شدند و چرا اين فرايند تنها در هنگام خواب رخ مي‌دهد. او گمان مي‌كرد كه شايد مايع مغزي‌نخاعي (مايع شفاف آب‌مانندي كه اطراف مغز جريان پيدا مي‌كند)، نقش داشته باشد. اما او از اين موضوع اطمينان نداشت كه اين فرايند منحصر به خواب باشد. بنابراين آزمايشگاه او مطالعه‌اي را طراحي كرد تا چندين متغير را به‌صورت هم‌زمان اندازه‌گيري كند.
شركت‌كنندگان در اين مطالعه بايد درون يك دستگاه MRI دراز كشيده و مي‌خوابيدند. پژوهشگران براي اينكه چرخه‌هاي طبيعي خواب را ثبت كنند، مجبور بودند كه آزمايش‌ها را در نيمه شب انجام دهند و حتي از شركت‌كنندگان خواستند تا ديروقت بيدار بمانند تا به محض قرار گرفتن در دستگاه، خوابشان ببرد. لويس شركت‌كنندگان را به كلاهك EEG (دستگاه ثبت امواج مغزي) مجهز كرده بود تا بتوانند جريان‌هاي الكتريكي مغز آن‌ها را نيز مطالعه كنند. جريان‌هاي مذكور نشان‌دهنده‌ي مرحله‌ي خواب نيز بودند. در هين حين، دستگاه MRI سطوح اكسيژن خون مغز آن‌ها را اندازه‌گيري مي‌كرد و نشان مي‌داد كه چه مقدار مايع مغزي‌نخاعي به مغز وارد و از آن خارج مي‌شود. لويس مي‌گويد:
ما احساس مي‌كرديم كه هر كدام از اين سنجه‌ها مهم باشند اما اينكه چگونه آن‌ها در جريان خواب تغيير مي‌كردند و ارتباط متقابل آن‌ها در طول خواب، چيزي بود كه درمورد آن علمي نداشتيم.
چيزي كه لويس كشف كرد، اين بود كه در جريان خواب NREM امواج بزرگ و آهسته‌اي از مايع مغزي‌نخاعي، مغز را شستشو مي‌دادند. خوانش‌هاي EEG به روشن شدن چرايي اين موضوع كمك كرد. در جريان خواب NREM، نورون‌ها با هم همگام شده و با هم روشن و خاموش مي‌شوند. لويس مي‌گويد:
ابتدا، اين موج را در جايي مي‌بينيد كه در آن تمام نورون‌ها خاموش هستند.
از آن‌جايي كه هيچ‌يك از نورون‌ها در آن زمان برانگيخته نيستند، آن‌ها نياز به اكسيژن زيادي ندارند. اين بدان معنا است كه خون كمتري به مغز جريان خواهد يافت. اما گروه لويس مشاهده كردند كه در اين هنگام مايع مغزي‌نخاعي هجوم مي‌آورد و فضاي باقي‌مانده را پر مي‌كند. مايكن ندرگارد، دانشمند علوم اعصاب دانشگاه روچستر كه هدايت مطالعه‌ي سال ۲۰۱۳ را برعهده داشت كه در آن براي نخستين بار شرح داده شد كه خواب چگونه مي‌تواند سموم را از مغز موش‌ها پاك كند، مي‌گويد:
اين مقاله فوق‌العاده است. من فكر نمي‌كنم كسي در بعيدترين خيال خود نيز تصور كرده باشد كه فعاليت الكتريكي مغز حركتي سيال دارد. بنابراين، اين كشف واقعا هيجان‌انگيز است.
يكي از نكات مهم اين مقاله آن است كه نشان مي‌دهد سيستم‌هايي كه ندرگارد در موش مطالعه كرده است، وجود دارد و در انسان نيز بسيار مهم است. ندرگارد مي‌گويد:
اين نتايج به شما مي‌گويد كه خواب فقط براي استراحت نيست. خواب درواقع عملكرد كاملا مشخصي دارد.
وقتي ما بيداريم، نورون‌ها نمي‌توانند همه با هم در يك زمان خاموش شوند. بنابراين كاهش سطوح خون در مغز به آن اندازه نيست كه به مايع مغزي‌نخاعي اجازه دهد با شدت زيادي در اطراف مغز به گردش درآيد و تمام محصولات زايد متابوليكي را كه تجمع پيدا مي‌كنند (مانند بتاآميلوئيد)، پاك كند. اين مطالعه همچنين مي‌تواند متخصصدهاي باليني در درمان آلزايمر داشته باشد. تلاش‌هاي اخير درجهت توسعه‌ي داروهايي بوده است كه بتاآميلوئيد را مورد هدف قرار دهند (اگرچه نتيجه‌ي پژوهش ديگري كه به‌تازگي منتشر شده است، تئوري نقش بتاآميلوئيد در آسيب‌شناسي آلزايمر را به چالش مي‌كشاند). اما داروهايي كه در ابتدا اميدواركننده به‌انديشه متخصصين مي‌رسيدند، در آزمايش‌هاي باليني با شكست رو‌به‌رو شدند. ندرگارد مي‌گويد:
اين پژوهش، مسير جديدي را مي‌گشايد.
مداخلات جديد به‌جاي تلاش براي عمل روي يك مولكول خاص، ممكن است روي افزايش مقدار مايع مغزي‌نخاعي كه مغز را مي‌شويد، تمركز داشته باشند. اين امر به پاك‌سازي بتاآميلوئيد كمك مي‌كند اما همچنين مي‌تواند درمورد مولكول‌هاي ديگري مانند تائو نيز كمك‌كننده باشد. تائو پروتئيني است كه در مغز بيماران مبتلا به آلزايمر كلاف‌هايي ايجاد مي‌كند و به اتصالات بين نورون‌ها آسيب وارد مي‌كند. يافتن راهي براي پاك كردن تمام مواد زايد مي‌تواند بسيار مؤثرتر از تمركز روي بخشي از اشكال باشد. ندرگارد مي‌گويد:
پيري فقط مربوط به يك مولكول نيست. همه‌چيز دچار اشكال مي‌شود.
اين اكتشافات موجب ايجاد سؤال‌هاي جديدي مي‌شود. لويس آنچه را كه در طول ديگر مراحل خواب رخ مي‌دهد، مورد مطالعه قرار نداده است و نيز تنها افراد بالغ جوان سالم را در مطالعه‌ي خود در انديشه متخصصين گرفته است. اما روش‌هايي كه او در مطالعه‌ي خود به كار برده است، غير تهاجمي بوده است و در آزمايش‌هاي او افراد در دستگاه MRI مي‌خوابيدند در حاليكه دستگاه‌هايي نيز به آن‌ها متصل بود. او حتي رنگ نيز به شركت‌كنندگان تزريق نكرد. اين امر باعث مي‌شود كه مطالعه‌ي شركت‌كنندگان مسن‌تري كه ممكن است دچار بيماري‌هاي تخريب‌كننده‌ي عصب باشند، آسان‌تر شود.
هم انديشي ها