Počas spánku sa v mozgu zrýchľujú pulzy tekutín, ktoré pomáhajú čistiť mozgové tkanivo, zistili neurológovia z fínskej Univerzity v Oulu pomocou novej, ultrarýchlej techniky zobrazovania magnetickou rezonanciou.
Dva nové výskumy vedené neurorádiológom Vesom Kiviniemim prinášajú dôkazy o tom, že mozog počas spánku aktívne „preplachuje“ sám seba. Kým telo spí, cievy sa rozširujú a krvný tlak klesá. Pulzy generované stenami mozgových ciev, dýchaním aj prúdením krvi sa však paradoxne zrýchľujú. Podľa univerzity tento posun odráža efektívnejšiu filtráciu vody v mozgovom tkanive.
Nová metóda bez kontrastnej látky
Doteraz museli výskumníci pri sledovaní prúdenia mozgových tekutín často používať injekčne podávané kontrastné látky s gadolíniom, vzácnym prvkom so slabými magnetickými vlastnosťami. Kiviniemiho tím v Oulu vyvinul rýchlejší a menej invazívny prístup. Kombinuje hneď niekoľko meracích techník v reálnom čase.
Základom je ultrarýchla sekvencia MRI nazývaná magnetická rezonančná encefalografia (MREG), ktorá sleduje pulzné vlny molekúl vody vo vnútri lebky. Súčasne tím snímal pomalé elektrické oscilácie v mozgu pomocou jednosmernej elektroencefalografie (DC-EEG). Tretím prvkom bola funkčná blízka infračervená spektroskopia, metóda sledujúca zmeny koncentrácie vody na základe tepelného žiarenia. Kombinácia týchto troch nástrojov umožnila sledovať pohyb tekutín s presnosťou na úrovni jednotlivých molekúl vody.
Desiatky dobrovoľníkov v skeneri
Prvá štúdia, publikovaná vo februári, testovala schopnosť MREG sledovať zmeny pulzov a prúdenie tekutín u 22 dobrovoľníkov v bdelom stave aj počas spánku. Druhá štúdia vyšla v marci v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences. Zapojila 24 dobrovoľníkov a rozšírila MREG o takzvané BOLD sledovanie, ktoré mapuje úroveň okysličenia krvi, spolu s infračervenou spektroskopiou a DC-EEG.
Samotný proces mohol trvať len päť minút. Pre každého dobrovoľníka však výskumníci zaznamenali približne 46 minút bdelosti a zhruba hodinu rôznych fáz spánku.
Smerový tok sa počas spánku mení
Keď je človek hore, mozgový krvný tok smeruje k aktívnym neurónom. Tento jav sa nazýva funkčná hyperémia. Počas spánku sa podľa zistení Kiviniemiho tímu tento jednosmerný tok rozpadá. „Počas spánku sa tieto interakcie zmenili tak, že sa stratila čistá smerovosť a interakcie sa stali viac obojsmernými,“ uvádza tím v druhej štúdii.
Prechod k obojsmernému prúdeniu bol najvýraznejší v oblastiach mozgu spracúvajúcich zmyslové vstupy a kognitívne funkcie. Konkrétne v zadnej insule, talame a hornej časti mozočku.
Vlny v mozgovomiechovom moku
Mozgové vlny si väčšina ľudí spája s elektrickými impulzmi. Kiviniemiho výskum však upriamuje pozornosť na iný typ vĺn, pulzy v mozgovomiechovom moku, teda v tekutine, v ktorej mozog pláva. Cievy v mozgu vytvárajú v tejto tekutine takzvaný vazomotorický pulz s frekvenciou približne jednej vlny za desať sekúnd, čo zodpovedá 0,1 hertzu.
Časť týchto pomalých vĺn podľa výskumníkov posilňujú ióny draslíka a sodíka. Počas dňa tieto elektrolyty plnia signalizačnú úlohu vo vnútri neurónov. V spánku sa uvoľňujú a prispievajú k vlnám mierneho osmotického tlaku v mozgovomiechovom moku. Výsledkom je akýsi výplach, ktorý mozgu pomáha zbavovať sa odpadových látok.
Tekutiny ovplyvňujú aj elektrickú aktivitu
Pohyb tekutín v spiacom mozgu má podľa výskumníkov jemné, no výrazné účinky, ktoré veda len začína chápať. „Počas spánku vazomotorické vlny začínajú lokálne ovplyvňovať nielen pohyb tekutín, ale aj elektrickú aktivitu mozgu,“ vysvetlil Kiviniemi.
Výskumník dúfa, že nové zobrazovacie metódy pomôžu lepšie monitorovať a liečiť neurodegeneratívne ochorenia a kognitívne zmeny spojené so starnutím. „Nové metódy merania otvárajú možnosti monitorovania a v budúcnosti potenciálne aj liečby vekom podmienených zmien v dynamike mozgových tekutín,“ uviedol.
Tím plánuje predĺžiť pozorovanie dobrovoľníkov. Ideálom je zaznamenať celú noc spánku, nie len niekoľkominútové úseky v BOLD MRI skeneri. Doterajšie merania trvali maximálne hodinu spánku na jedného účastníka, čo neumožňuje zachytiť všetky fázy nočného odpočinku vrátane hlbokého spánku a REM fázy v ich plnom rozsahu.
