Podczas każdej nocy ludzkie ciało przechodzi przez kolejne fazy snu. W czasie trwania jednej z tych faz mózg jest bardzo aktywny, oddech przyspieszony, wzrasta częstość skurczów serca, a gałki oczne poruszają się szybko pod powiekami. Jest to tzw. faza REM (ang. rapid eye movement), nazywana także snem paradoksalnym. To w fazie REM pojawiają się barwne, żywe marzenia senne. Na jeden cykl senny składają się trzy stadia fazy NREM (sen wolnofalowy, ang. non-rapid eye movement) oraz faza snu REM. U człowieka w ciągu nocy występuje około 4-5 takich cykli.
Podczas fazy REM wiele regionów mózgu wykazuje zwiększoną aktywność. Jednym z nich jest boczne podwzgórze (LH, ang. lateral hypothalamus), a dokładniej populacja neuronów, w której dochodzi do ekspresji kwasu gamma-aminomasłowego oraz transporterów glicyny (LHvgat). Aktywność LH podczas stanu czuwania związana jest głównie z koordynacją pobierania pokarmu i apetytem. Uszkodzenie tego obszaru hamuje potrzebę pobierania pokarmu, z kolei jego stymulacja wywołuje chęć zdobycia pokarmu. Celem naukowców z Uniwersytetu w Bern było zbadanie, jak aktywność mózgu podczas fazy snu REM może oddziaływać na funkcjonowanie organizmu w czasie dnia.
„Istnieją przesłanki sugerujące, że neurony bocznego podwzgórza stanowią pewnego rodzaju łącznik pomiędzy tym, co dzieje się podczas snu a motywacyjnymi aspektami pobierania pokarmu podczas czuwania” – piszą autorzy publikacji. „W naszej pracy badamy aktywność neuronów bocznego podwzgórza podczas snu i czuwania, co może przyczynić się do zrozumienia wpływu fazy REM na podwzgórzową kontrolę pobierania pokarmu”.
Doświadczenia opisane w pracy opublikowanej w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) przeprowadzono na modelu myszy. Naukowcy wykorzystali metodę obrazowania wapnia (ang. calcium imaging), która służy do monitorowania elektrycznej aktywności neuronów. Polega ona na zastosowaniu genetycznie kodowanych, fluorescencyjnych sond wapniowych. Dodatkowo zwierzęta miały wszczepione elektrody EEG (mierzące bioelektryczną aktywność mózgu) i EMG (badanie czynności elektrycznej mięśni) w celu monitorowania kolejnych faz snu. Wykorzystano także miniaturowy mikroskop fluorescencyjny, aby móc dokładnie analizować stan pobudzenia komórek nerwowych podwzgórza. W pierwszym etapie eksperymentów naukowcy określili bazowy wzór aktywności neuronów podczas jedzenia, nazywany „mapą aktywności”. W kolejnej części skupili się na aktywności mózgu podczas snu.
„Udało nam się odkryć, że wzór aktywności neuronów LHvgat podczas fazy snu REM wykazuje duże podobieństwo do map pobudzenia neuronów podczas jedzenia czy zbliżania się do niego” – opisują badacze. Ten unikalny wzór pobudzenia charakterystyczny dla procesu pobierania pokarmu jest reaktywowany podczas fazy snu REM, ale nie podczas drugiej fazy snu – NREM.
Następnie, by dokładniej zbadać wzór pobudzenia neuronów LHvgat podczas snu, wykorzystano technikę nazywaną optogenetyką. Metoda ta stosowana jest do kontrolowania aktywności określonej grupy neuronów za pomocą światła. Neurony LHvgat były optogenetycznie „wyciszane” podczas fazy snu REM. Wywołało to interesujący efekt. Okazało się, że po tym zabiegu myszy spożywały mniej pokarmu, gdy miały do niego nieograniczony dostęp. Jednakże wyciszanie neuronów LHvgat podczas stanu czuwania nie wpływało na pobór pokarmu przez badane gryzonie. Obserwowano też zmianę w mapie aktywności neuronów podwzgórza. Różniła się ona od wzoru pobudzenia neuronów u zwierząt, które nie były poddawane eksperymentowi optogenetycznego wyciszania neuronów LHvgat. Zmiana organizacji mapy aktywności neuronów podwzgórza u zwierząt doświadczalnych utrzymywała się przez cztery dni.
Wyniki badań uzyskane przez naukowców z Bern wykazały, że nie tylko ilość, ale również jakość snu (przejście przez jego kolejne fazy) ma ważne znaczenie dla organizmu. Faza snu REM może być kluczowa w kontekście reakcji związanych z pobieraniem pokarmu. Autorzy podkreślają istotność dalszego zgłębiania poruszonego przez nich tematu i badania mechanizmów obserwowanych efektów na poziomie synaps. Wciąż trudno jest jednoznacznie stwierdzić, czy sen REM bierze udział w regulacji innych zachowań niezwiązanych z jedzeniem.
