E-człowiek

Sen jest dla większości ludzi jednym z najprzyjemniejszych etapów w ciągu doby. Pozwala zregenerować się po ciężkim dniu w pracy i wejść do przyjaznego świata marzeń sennych. Czy tego chcemy czy nie, wszyscy musimy spać. Ale nie tylko my. Każde zwierzę, począwszy od karalucha, skończywszy na płetwalu błękitnym śpi. Ale czy na pewno?

Według słownika sen jest naturalnym stanem umożliwiającym organizmowi wypoczynek. Polega on na obniżeniu wrażliwości na bodźce, spowolnieniu funkcji fizjologicznych oraz czasowym zaniku świadomości.

Sen, choć przyjemny, nie jest prostym, jednofazowym procesem mającym przynieść ukojenie zmęczonemu umysłowi. W rzeczywistości jest skomplikowanym cyklem, posiadającym podłoże genetyczne.

NREM (ang. non rapid eye movement) składa się z trzech stadiów następujących kolejno po sobie. Pierwsze dwa (N1, N2) to tzw. sen płytki, natomiast ostatni (N3) to sen głęboki, tak zwany wolnofalowy. Podczas niego najtrudniej się obudzić. Faza NREM wiąże się z stosunkowo niską aktywnością mózgu, a jej głównym celem jest odpoczynek oraz regeneracja. Podczas fazy zasypiania czujemy się mocno senni, niekiedy zdarzają nam się halucynacje lub mimowolne skurcze mięśni. Podczas prawdziwego snu zmniejsza się świadomość bodźców dochodzących z zewnątrz oraz aktywność mięśni. Ostatnia faza – sen głęboki, to okres gdzie osobnik w najmniejszym stopniu reaguje na jakiekolwiek bodźce. Jest to czas, w którym najczęściej występują zaburzenia, takie jak parasomnie, „nocne strachy” czy somnambulizm. W fazie NREM następuje sekrecja hormonu wzrostu. 

REM (ang. rapid eye movement) to druga faza snu, zaobserwowana zarówno u ludzi, jak i u ptaków. W fazie tej napięcie mięśniowe jest zmniejszone lub nieobecne. Elektroencefalogram natomiast, jest bardzo podobny do tego, zarejestrowanego podczas czuwania. To właśnie podczas trwania fazy REM zaczynamy śnić. To ona, odpowiada głównie za utrwalanie i integrowanie wspomnień. Ponadto to w tej fazie przez utrzymanie i tworzenie nowych połączeń, następuje rozwój centralnego układu nerwowego, co jest szczególnie ważne podczas rozwoju. Faza REM charakteryzuje się serią szybkich ruchów gałek ocznych. 

Fazy REM i NREM są naprzemienne, a cykl ten powtarza się w ciągu nocy średnio 4-5 razy. Cały cykl trwa od 90 do 110 minut z krótkimi momentami wybudzania. W trakcie nocy faza NREM skraca się, natomiast REM wydłuża. Czas trwania poszczególnych faz oraz ich rozkład w ciągu ośmiogodzinnego snu dorosłego człowieka przedstawiono na Rysunku 3. Podczas czuwania (Faza W) obraz EEG zdominowany jest przez niskie napięcie i szybką aktywność w zakresie fal beta i alfa. W fazie płytkiego snu NREM, aktywność fal alfa zanika, natomiast w fazie snu wolnofalowego bardzo widoczne są fale o niskiej częstotliwości.   

Encefalografia (EEG) jest metodą monitorowania elektrofizjologicznego, która umożliwia rejestrację elektrycznej aktywności mózgu. EEG mierzy wahania napięcia, które są rezultatem aktywności neuronów kory mózgowej. Obraz uzyskany tą metodą to elektroencefalograf. EEG jest powszechnie wykorzystywana w diagnostyce epilepsji. Ponadto umożliwia badanie zaburzeń snu, głębokości znieczulenia, stanu śpiączki czy śmierci mózgowej. Im większa ilość wolnych fal tym sen jest głębszy i trudniej się obudzić.  

Rys.3. Reprezentatywny wykres zależności długości i ilość faz snu od czasu jego trwania 

Rytm okołodobowy, czyli zmiany fizyczne, psychiczne (mentalne) i behawioralne, następujące w ciągu cyklu dobowego. Jest to przede wszystkim odpowiedź na zmianę ilości światła w środowisku. Jest ono czynnikiem kształtującym rytm okołodobowy charakteryzujący się snem w ciągu nocy i czuwaniem za dnia. Światło aktywuje fotoreceptory w siatkówce oka, które zahamowują produkcję melatoniny w szyszynce. Poziom wydzielanej melatoniny osiąga swój szczyt w nocy, natomiast w ciągu dnia obecność tego hormonu jest słabo wykrywalna. Ponadto melatonina pełni wiele funkcji na poziomie komórkowym, narządów oraz całego organizmu. Synchronizuje ona zegary obwodowe (występujące w narządach obwodowych, takich jak wątroba, nerki czy śledziona i odpowiadające za rytmy krótkie, np. praca serca, oddychanie), a także ma właściwości przeciwutleniające. Do innych czynników zewnętrznych biorących udział w synchronizacji rytmu biologicznego należy nasza życiowa rutyna, tzn. godzina o której codziennie wstajemy czy pora jedzenia posiłków. Rytm okołodobowy znajdujemy zarówno u zwierząt, roślin, jak i  mikrobów. Nauką zajmującą się badaniem rytmów biologicznych jest chronobiologia. Rytm biologiczny reguluje rytm okołodobowy. Oprócz cyklu snu i czuwania ma on wpływ na czujność, temperaturę ciała, sekrecję hormonów, takich jak melatonina i kortyzol oraz stabilizację ciśnienia krwi. 

Zegary biologiczne są wrodzonym mechanizmem czasowym organizmu 
i złożone są ze specyficznych białek, które oddziałują ze sobą w obrębie całego organizmu. Naukowcy zidentyfikowali podobne geny odpowiedzialne za wytwarzanie komponentów zegara biologicznego nie tylko u ludzi, ale także u  muszki owocówki, myszy, roślin, grzybów oraz innych organizmów. Biorąc pod uwagę liczbę różnych zegarów, musi istnieć „zegarmistrz”, który nad nimi czuwa. Wyobraźmy sobie, że każdy z zegarów rozregulował się o 10 sekund, a są ich setki. W mózgu istnieje „zegarmistrz”, który koordynuje wszystkie mniejsze zegary i utrzymuje ich synchronizacje w organizmie. U kręgowców jest to znajdująca się w podwzgórzu struktura złożona z około 20 000 neuronów, nazwana jądrem nadskrzyżowaniowym (SCN, ang. Suprachiasmatic nucleus).

Delfin, choć bytuje w oceanie, do życia potrzebuje również powietrza atmosferycznego. W związku z tym musi on co jakiś czas wynurzać się z wody. Aby przystosować się do takiego trybu życia, delfiny śpią w wyjątkowy sposób. Jest to tak zwany jednopółkulowy sen wolnofalowy. Oznacza to, najprościej mówiąc, że „śpią połową głowy.” Na badaniu EEG zauważono, że podczas gdy jedna półkula mózgu delfina wykazuje obraz charakterystyczny dla fazy NREM, druga pracuje typowo dla stanu czuwania. Oznacza to, że u ssaków tych „głęboki sen” może wystąpić jedynie w obrębie jednej półkuli w danym czasie. Aktywna strona mózgu skupia się natomiast na otaczającym środowisku w celu oceny potencjalnego zagrożenia, kontroluje ruch i oddech. Kolejnym przystosowaniem delfinów do życia, a przede wszystkim regeneracji w wodzie jest to, że śpią one w stadach. Dzięki temu część z nich może bez obawy odpoczywać, podczas gdy reszta czuwa nad bezpieczeństwem grupy. Badanie snu ssaków czy ptaków jest stosunkowo proste, natomiast o wiele trudniej scharakteryzować ten stan u prostszych organizmów takich, jak owady. Odkryto na przykład, że pszczoły wykazują zachowania spoczynkowe z podwyższonym progiem pobudzenia oraz udokumentowano okołodobowe zmiany w progach ich reakcji sensorycznych. Jasnym jest, że anatomiczne oraz niektóre neurochemiczne właściwości snu obecne u ssaków, nie mogą występować u owadów z powodu różnic w strukturze układu nerwowego.

Z tego powodu u ryb stan snu rozpoznawany jest nie na podstawie badań EEG, a na podstawie kryteriów behawioralnych. Badacze pracujący nad opisaniem tego procesu u danio pręgowanego, zdefiniowali jego sen jako minimum sześciosekundową bezczynność. Podobnie jak u ssaków, u tego gatunku ryb podczas snu częstość oddechu spada i staje się mniej regularna. Wykazano również, że danio są dużo bardziej wrażliwe na światło niż ssaki, co spowodowane jest różnicą w ilości fotoreceptorów, których ryba ma o wiele więcej. W efekcie jej sen jest ściśle związany z warunkami ciemność/światło. Wszystkie te różnice podają w wątpliwość twierdzenia, że struktura snu danio pręgowanego i człowieka jest podobna. Ostatecznie ciężko porównywać ze sobą tak bardzo różnorodne organizmy.