اكتشاف مفاجئ يشير إلى أننا افتقدنا القيلولة الدقيقة في الدماغ
مصر:إيهاب محمد زايد
يظهر النوم في الدماغ على شكل موجات بطيئة تتدفق عبر السطح بمعدل حوالي واحدة كل عُشر ثانية – أو هكذا كنا نظن.
تشير دراسة جديدة أجريت على الفئران إلى أن هناك أنماطًا من نشاط الدماغ مرتبطة بالنوم تجاهلناها – والتي تعكس حالة خلايا الدماغ الفردية بدلاً من النشاط الجماعي لملايين أو مليارات الخلايا العصبية.
علاوة على ذلك، عند قياس إشارات الدماغ المحلية المفرطة التي يقل حجمها عن المليمتر باستخدام أقطاب كهربائية ذات سلك واحد، وجد الباحثون أن أجزاء من دماغ الثدييات قد تكون في حالة من النعاس للحصول على قيلولة قصيرة بينما تظل المناطق الأخرى مستيقظة تمامًا.
يقول ديفيد هوسلر، اختصاصي المعلومات الحيوية بجامعة كاليفورنيا (UC) سانتا كروز وأحد كبار المؤلفين: “لقد كان مفاجئًا لنا كعلماء أن نجد أن أجزاء مختلفة من أدمغتنا تأخذ في الواقع قيلولة صغيرة عندما يكون باقي الدماغ مستيقظًا”. الدراسة.
لمدة قرن أو نحو ذلك، تم استخدام أنماط النشاط الكهربائي على مستوى الدماغ لتحديد الفرق، بالمعنى الكمي، بين النوم واليقظة. يتم اكتشاف موجات الدماغ هذه في أغلب الأحيان باستخدام مخطط كهربية الدماغ (EEG)، عبر أقطاب كهربائية توضع على فروة الرأس.
رسم توضيحي لنمط الموجة فوق نمط الرسم البياني.
تصوير فني لأنماط موجات الدماغ المتنوعة التي تنتج حالات النوم والاستيقاظ. (كيث هينجين)
لكن هوسلر وفريقه تساءلوا عن كيفية قياسنا للنوم وتمييزه عن اليقظة – في حين أنه من الواضح أن هناك بعض التقاطع في أدمغة الحيوانات التي تظل في حالة تأهب أثناء النوم، وهي مهارة تعرف باسم نوم الموجة البطيئة غير النصفي.
في ستينيات القرن الماضي، اشتبه الباحثون لأول مرة ثم اكتشفوا كيف يمكن للدلافين والحيتانيات الأخرى أن تريح نصف دماغها بينما تظل نشطة، وفي بعض الأحيان تبقي عين واحدة مفتوحة لمراقبة الحيوانات المفترسة والحفاظ على الاتصال مع الآخرين في حجرتها.
تعرض الفقمات والطيور أيضًا أشكالًا مختلفة من الراحة الجزئية من النوم واليقظة، وهي مقايضة ذكية بين النوم والبقاء على قيد الحياة.
يمكن للبشر أيضًا أن يُظهروا مؤقتًا أنماط نوم غير متماثلة تذكرنا بتلك الموجودة في الحيوانات، ولكنها ليست مماثلة لها.
وفي عام 2016، وجد باحثون في جامعة براون بالولايات المتحدة أنه في الليلة الأولى التي ينام فيها الناس في مكان غير مألوف، كان الجانب الأيسر من الدماغ أكثر تنبيهًا للأصوات المنحرفة من الجانب الأيمن. وبمجرد أن نعتاد على بيئة النوم، فإن هذا الاختلاف ينحسر.
كتب عالم الأعصاب كريستوف كوخ في مجلة Scientific American عندما نُشرت هذه النتائج: “يبدو أن الدماغ البشري يتمتع بشكل أقل دراماتيكية من النوم أحادي النصف الموجود في الطيور وبعض الثدييات”.
إذا كان هناك أي شيء يمكن الاعتماد عليه في دماغ الفأر، فإن عدم وضوح حالات الاستيقاظ والنوم لدى البشر قد يكون سمة عصبية نتشاركها مع الحيوانات الأخرى بعد كل شيء.
قام هوسلر والفريق بجمع أسابيع من البيانات من تسعة فئران تم زرع أقطاب كهربائية رفيعة في 10 مناطق مختلفة من أدمغتهم، وقاموا بتغذية هذه البيانات في شبكة عصبية اصطناعية تعلمت التمييز بين حالات النوم والاستيقاظ.
تم أخذ عينات من التسجيلات من 100 ميكرومتر (عُشر المليمتر) من أنسجة المخ، ويمكن للخوارزمية تحديد دورات النوم والاستيقاظ بشكل موثوق بناءً على “ومضات” قصيرة في نشاط خلايا الدماغ تدوم من 10 إلى 100 مللي ثانية فقط.
تشير هذه الإشارات “المحلية للغاية” إلى أن جزءًا من أدمغة الحيوانات قد نام بينما ظلت المناطق الأخرى نشطة ومستيقظة. من قبيل الصدفة، لاحظ الباحثون أن هذا قد حدث عندما يتوقف الفأر عن الحركة لجزء من الثانية، كما لو كان قد “تم تقسيمه إلى خارج المنطقة”.
يوضح إيدن شنايدر، عالِم الأحياء الحاسوبية بجامعة واشنطن في سانت لويس، والذي شارك في الدراسة: “يمكننا أن ننظر إلى النقاط الزمنية الفردية التي انطلقت فيها هذه الخلايا العصبية، وكان من الواضح تمامًا أن [الخلايا العصبية] كانت تنتقل إلى حالة مختلفة”. قاد الدراسة مع ديفيد باركس، وهو طالب دراسات عليا في علوم الكمبيوتر بجامعة كاليفورنيا في سانتا كروز.
“في بعض الحالات، قد تكون هذه الومضات مقتصرة على منطقة معينة في الدماغ، وربما أصغر من ذلك.”
يعتقد الفريق أن طريقتهم الجديدة لقياس حالات النوم والاستيقاظ يمكن أن تكشف أسرارًا جديدة حول كيفية نومنا، إذا أمكن ملاحظة هذه “الومضات” من قبل مجموعات بحثية أخرى.
يقول عالم الأعصاب كيث هينجين من جامعة واشنطن في سانت لويس: “إنها [الومضات] تخرق القواعد التي تتوقعها بناءً على مائة عام من الأدبيات”.
وقد نشرت الدراسة في مجلة Nature Neuroscience.
