Jaká je role REM spánku? Záhadu pomáhají vyřešit lachtani

- Příroda autor: Jan Toman

Někteří živočichové naspí za den mnoho hodin, jiní pouze několik desítek minut. Prakticky všichni savci ale během spánku střídají dvě odlišné fáze mozkové aktivity. Kratší epizody REM spánku charakteristického rychlými pohyby očí (anglicky rapid eye movements, podle čehož dostal tento typ spánku i svůj název) střídají delší periody hlubšího NREM spánku vyznačujícího se tlumenější aktivitou centrální části nervové soustavy.  Jen menšina savců REM fázi zcela vynechává. Podobnou výjimkou jsou třeba kytovci, u kterých se v průběhu evoluce vyvinula schopnost "spát jen na půl mozku". Nejnovější výsledky od ploutvonožců potom ukazují, že lachtani došli zhruba na půl cesty mezi suchozemskými a vodními savci.

Spící lachtan medvědí

Spící lachtan medvědí,zdroj: ThinkStock

Rozdíly mezi tím, jak tito obojživelní obratlovci spí na souši a ve vodě však i díky tomu mohou odhalit nejhlubší tajemství spánku.

Co se týče spánku, jeho průběhu, důvodů a rozdílů v tomto procesu mezi různými organismy, vědci pořád tak trochu tápou. Klasické závěry ohledně role spánku a důsledků spánkové deprivace u savců vycházejí z experimentů na potkanech.

Při nich vědci zkoumané jedince hlídali a mnohosetkrát za den budili shozením do vody. Mozek hlodavců si tak mohl odpočinout maximálně na pár minut, což vedlo k silné spánkové deprivaci. Během několika dnů začali potkani trpět podchlazením, ztratili na váze, vytvořily se u nich kožní léze a celkově zchátrali, což vedlo až k jejich smrti.

Zvlášť důležitý se ukázal REM spánek. Když totiž vědci nechali po několika dnech bez spánku potkany odpočinout, měli tendenci spánkový deficit dohánět, a to hlavně co se týče fáze REM. Nejen, že spali daleko déle než obvykle, ale ve fázi s rychlými pohyby očí trávili daleko větší část odpočinku. V celkovém součtu obvykle během dnů následujících po spánkově deprivačním experimentu dohonili, nebo dokonce překonali, čas, který během bdělého období na REM fázích ztratili.

Lachtani spí raději na zemi

To vedlo vědce k závěru, že REM spánek musí hrát v životě savců zásadní roli. Někteří badatelé dokonce navrhli, že během něj dochází k třídění vzpomínek či jiným formám mozkové regenerace. Srovnatelné experimenty na lidech však natolik zhoubné účinky spánkové deprivace jako u potkanů nepotvrdily.

U některých savců, například kytovců, navíc i přes důkladný výzkum dosud nikdo REM spánek nezaznamenal. Existence dvou hlavních typů spánku proto dodnes zůstává záhadou. Leccos nám však o roli REM spánku naznačuje nejnovější výzkum lachtanů medvědích od týmu ruských vědců. Jeho autoři dokonce naznačují, že by záhadu dvou spánkových fází mohl definitivně rozlousknout.

Během studie vědci na dlouhé dny znemožnili lachtanům výstup na suchou zem. Přitom pozorovali průběh jejich mozkové aktivity a další fyziologické funkce. Předem je záhodno zmínit, že se pro tyto savce nejednalo o žádné týrání. Lachrani během hlavní sezóny, o obdobích migrace nemluvě, tráví na otevřeném moři celé dny. Vědci tak jen napodobili podmínky, kterým jsou tito živočichové vystaveni v divoké přírodě.

Pokud mají lachtani na výběr, spí raději na suché zemi. Vědci zaznamenali, že během doby, kdy v klidu leží nebo sedí, střídají REM a NREM fáze spánku podobně, jako ostatní savci. Na rozdíl od suchozemských zástupců u nich ale vědci zdokumentovali také NREM spánek "na půl mozku", respektive na jednu mozkovou hemisféru, který je jinak typický pro kytovce. Ti si při něm mohou odpočinout a zregenerovat centrální nervovou soustavu bez rizika náhlého překvapení, které by je mohlo ohrozit. Mimo jiné při něm běžně nechávají jedno oko otevřené, čímž doslovně naplňují známé lidské pořekadlo.

Spánek na půl mozku ve vodě

Spánek na jednu mozkovou hemisféru potom u lachtanů naprosto dominuje, když nemají přístup na souš a musí se vyspat ve vodě. Během tohoto období zároveň výrazně redukují dobu, kterou tráví REM spánkem. V průměru jde jen o tři procenta z celkové doby spánku. S výjimkou prvního dne, kdy se lachtani aklimatizovali, přitom celkový objem spánku ve vodě oproti souši výrazněji neklesl.

Během prvního týdnu absentoval REM spánek prakticky u všech studovaných lachtanů, někteří přeborníci se bez něj ale obešli až 11 dní. Z hlediska hrozeb panujících ve vodním prostředí se asi není čemu divit. Lachtani během kratičkých REM epizod ponořovali hlavu, snižovali tělesnou teplotu, cukali sebou a jinak zvyšovali možnost, že si jich všimne potenciální predátor a oni mu nebudou schopni rychle uniknout. Význam tohoto objevu zdůrazňuje fakt, že tak výrazné redukce REM spánku vědci nedosáhli u potkanů ani těmi nejdůmyslnějšími technikami buzení.

V příkrém rozporu s rozšířenými teoriemi o roli REM spánku navíc lachtani jeho epizody prakticky nedospávali. Když jim výzkumníci znovu umožnili vstup na souš, spali sice o něco déle a REM epizody byly u některých jedinců trochu delší. Spánek u dalších jedinců se ale prakticky nelišil od stavu před začátkem experimentu. V průměru nebyly rozdíly oproti normálu statisticky významné a potkanům, kteří museli kompletně dospat všechny ztráty, se lachtani ani nepřiblížili.

Příprava na probuzení

A co to všechno znamená pro výzkum spánku v obecné rovině? Očividná nepotřebnost REM spánku u savců, kteří převážně spí na jednu mozkovou hemisféru, nasvědčuje hypotéze, že tato fáze spouží pro zmírnění následků hlubokého NREM spánku. Během něj mozek šetří zdroji, snižuje teplotu mozkového kmene a komplexně zpomaluje mozkový metabolismus. I proto nás není jednoduché (ani optimální) skokově probudit z hlubokého spánku do plné bdělosti. REM spánek by tak mohl sloužit jako určitá příprava na probuzení, při které mozek postupně rozjíždí metabolismus typický pro bdělý stav.

S tím souhlasí také pozorování savců s postiženými částmi mozku regulujícími tělesnou teplotu, jejichž centrum nervové soustavy se spolu s prostředím přehřívalo nebo podchlazovalo. Takoví jedinci totiž vykazují výrazně vyšší podíl REM spánku.

A co tělesný úpadek spánkově deprimovaných potkanů? Nelze vyloučit, že za ním stála spíše chronicky zvýšená úroveň stresu než buzení samo o sobě. Až tisíc stresujících zásahů za den potkanům na pohodě jistě nepřidalo. Opakované ponořování do chladné vody navíc vedlo ke snížení teploty těla i mozku, což se v souladu s poslední uvedenou hypotézou opět mohlo projevit zvýšeným podílem REM spánku.

V neposlední řadě musíme zmínit i možnost, že REM spánek původně sloužil k postupnému nastartování mozku, v průběhu evoluce se na něj ale u různých linií nabalily další funkce. Nejednalo by se ostatně o první evoluční adaptaci, která posloužila jako základ dalším, nezřídka velice sofistikovaným, přizpůsobením. Definitivní odpověď na roli REM spánku tak zatím nemáme. Dost možná se nám ale výrazně přiblížila.

Zdroj: OL Lyamin, PO Kosenko, SM Korneva, AL Vyssotski, LM Mukhametov & JM Siegel (2018): Fur Seals Suppress REM Sleep for Very Long Periods without Subsequent Rebound. Current Biology, online.

Tagy: spánek zvířata a příroda věda a poznání