Noen gang lurt på hva som skjer i hjernen din når du holder deg våken for en dag, en natt og en annen dag, før du endelig går i dvale? Vel, vi har nettopp funnet ut.

Det har vært kjent i mange år at hvor trøtt vi er, hvor godt vi kan legge opp tall, være oppmerksom eller utføre en arbeidsminneoppgave avhenger av hvor lenge vi har vært våken og tid på dagen. Vanligvis hvis vi holder oss våken over en periode på to dager (en dag, en natt og deretter neste dag) er de første 16-timene våken - ytelsen er god og endres ikke mye.

Men da vi går inn i den "biologiske nattetiden", som indikert ved en økning av hormonet melatonin, forverres ytelsen raskt og når et minimum på rundt 6-8am neste morgen. På den andre dagen, kan ytelsen bli litt bedre (men fortsatt godt under dagen) og går bare tilbake til normal, baseline nivå etter en god natts søvn.

Nøkkelfunksjonen til denne ytelsen er at den ikke forverres lineært basert på hvor lenge du har våknet, men er i stedet modulert på tidspunktet for dagen. Faktisk vet vi nå at det egentlig ikke er "tid på dagen", men "indre biologiske tid på dagen" som forårsaker effekten av søvnfall. På atferdsnivået blir hjernefunksjonen bestemt av de kombinerte effektene av sirkadisk rytmicitet og søvnhemostase - søvntrykket som bygger opp under våkenhet og sprer seg under søvnen.

Døgnrytme

Sirkadisk rytmicitet kan observeres i mange aspekter av atferd og fysiologi og genereres av sirkadiske klokker i nesten hver celle i hjernen og kroppen. Lokalt, disse rytmene er generert ved en tilbakekoblingsløkke av klokkeproteiner på klokgener som uttrykker genetisk informasjon som deretter blir oversatt til proteiner

Alle disse klokkene - inkludert hjerneklokkene - synkroniseres av en sentral regissør / leder som ligger i et hjerneområde kalt den suprachiasmatiske kjernen i hypothalamus. Dette området av hjernen driver også rytmen av melatonin i blod og spytt.

Så hvordan fungerer denne kombinerte virkningen av sirkadisk rytmicitet og sovende homeostase? Vel, i løpet av den biologiske dagen genererer sirkadian-klokken et varslings- eller våknsvaktfremmende signal som blir sterkere da dagen utvikler seg og når maksimal styrke om kvelden. Dette kan virke litt paradoksalt, men dette signalet må bli sterkere da dagen utvikler seg, fordi søvntrykket også øker jo lenger vi er våken - slik at noe må holde oss våken.

Men når vi går inn i den biologiske natten, forsvinner det våknsomme, sirkadiske signalet og blir til et søvnfremmende signal med maksimal styrke rundt 6-8am. Igjen kan dette virke litt paradoksalt, men under normale forhold når vi sover om natten, kommer dette til nytte fordi søvnfremmende signalet gjør at vi kan fortsette å sove godt, selv etter seks eller syv timer når søvntrykket har forsvunnet.

Problemer oppstår når vi våkner om natten og neste dag, men. Om natten er søvntrykket høyt og øker enda fordi vi er våken. Det sirkadiske signalet motstår ikke dette presset og vi sliter med å holde seg våken og utføre. Neste dag begynner den sirkadiske klokken, som fortsatt tipper om vi sover eller ikke, begynner å fremme våken signaler igjen, slik at det blir litt lettere å utføre og holde seg våken.

Hva ser dette ut i hjernen?

Dette er alt bra og bra og gir mening. Faktisk er denne arbeidsmodellen allment akseptert fra det vi har sett skje når det gjelder atferd. Men hva ser denne kombinerte virkningen av sirkadisk rytme og sove hjemmeostase ut i den menneskelige hjernen

Våre forskere, fra Universitetet i Liege og Universitetet i Surrey, skannet hjernen til 33-folk ved hjelp av funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) - som gir et detaljert bilde av nivåer av nevronaktivitet gjennom hele hjernen - som var søvn berøvet over to dager og etter en periode med gjenopprettings søvn. Vi har også målt melatoninnivåer for å ha en god indikator for intern biologisk tid, som varierer mellom individer. Våre resultater er publisert i Science.

For hver deltaker ble 13 hjernebilder oppnådd mens de gjennomførte en enkel reaksjonstidsoppgave. Tolv hjernebilder ble samlet under søvnberøvelsen til tider preget av de raske endringene som tidligere ble observert for ytelse om kvelden og om morgenen. Det trettende bildet ble tatt etter gjenopprettings søvn.

Aktiviteten i flere hjernegrupper, og særlig subkortiske områder (som thalamus, et sentralt senter for videreutlevering av informasjon til cortexen), fulgte et 24-timers rytmisk (sirkadisk) mønster, hvor tiden overraskende varierte over hjernegrupper. Andre hjerneområder - spesielt frontale hjerneområder, inkludert høyereordens tilknytningsområder - viste en reduksjon i aktiviteten med tiden våken etterfulgt av en retur til pre-sleep deprivation nivå etter gjenopprettelse søvn. Noen hjernegrupper viste et mønster som var en kombinasjon av et rytmisk mønster og en tilbakegang forbundet med tiden våken.

Enda overraskende var disse effektene av søvnmangel på hjernevirksomhet mye mer utbredt når deltakerne utførte en enkel reaksjonstidsoppgave sammenlignet med en mer komplisert minnesrelatert oppgave.

Alt dette betyr at ulike hjernegrupper ser ut til å bli annerledes påvirket av søvnmangel og sirkadianrytmen, og overordnet viser resultatene både pervasiveness av disse effektene, men også likheten og lokaliteten av disse påvirkningene.

Variasjonen i hjernens svar viser hvor komplekse mekanismene er som hjernen reagerer på søvnforlengelse. Det hjelper oss å forstå hvordan hjernen kan opprettholde ytelse i løpet av dagen og natten. Disse resultatene kan forsikre skiftarbeidere og folk som jobber veldig lange timer, og sliter med å legge merke til og konsentrere seg om jobben, særlig i de tidlige morgentimene. Ja, hjernen din kommer til å være annerledes om natten enn i løpet av dagen. De foreslår også at hvis du jobber sent, kan det være bedre å pakke det opp, få litt søvn og start igjen om morgenen.

Det kan til og med hjelpe oss med å bedre forstå hvorfor mange symptomer i psykiatriske og neurodegenerative tilstander vokser og avtar, og hvorfor tidlig på morgenen etter en natt uten søvn sliter vi med å opprettholde oppmerksomheten, mens det om kvelden ikke er et problem.

Om forfatteren

Derk-Jan Dijk, professor i søvn og fysiologi og direktør for Surrey Sleep Research Center, University of Surrey

Pierre Maquet, forskningsdirektør, Cyclotron Research, Université de Liège

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker

at InnerSelf Market og Amazon