Sen.
Spędzamy na nim niemal jedną trzecią życia,
ale czy ktoś rozumie, o co w nim chodzi?
Dwa tysiące lat temu Galen,
jeden z najważniejszych badaczy medycznych
świata starożytnego,
wysunął teorię, że na jawie
cała siła napędowa mózgu, jego "sok",
spływa do pozostałych części ciała,
napędzając je, ale wysuszając mózg.
Myślał, że gdy śpimy,
cały ten płyn wypełniający ciało
gna z powrotem,
ponownie nawilżając mózg
i odświeżając umysł.
Dzisiaj brzmi to całkowicie niedorzecznie,
jednak Galen chciał w prosty sposób
wyjaśnić zjawisko snu,
z którym spotykamy się każdego dnia.
Wszyscy wiemy z doświadczenia,
że sen oczyszcza umysł,
a przez brak snu
umysł robi się mulisty.
Chociaż wiemy o niebo więcej o śnie
niż w czasach Galena,
nadal nie rozumiemy, dlaczego sen,
ze wszystkich czynności,
ma tę niesamowitą zdolność odświeżania umysłu.
Chciałbym dzisiaj opowiedzieć
o niedawnych badaniach,
które stawiają to pytanie w nowym świetle.
Odkryliśmy, że sen może być
elegancko zaprojektowanym rozwiązaniem
podstawowych potrzeb mózgu,
unikalnym sposobem, w jaki mózg
stawia czoła wysokiemu popytowi i wąskim marginesom,
które odróżniają go od innych narządów.
Prawie całą obserwowaną biologię
można potraktować jako serię problemów
i odpowiednich rozwiązań.
Podstawowym problemem każdego organu
jest stałe zaopatrywanie w składniki odżywcze
wszystkich komórek ciała.
Jest to szczególnie ważne w mózgu;
jego intensywna aktywność elektryczna
zużywa 25% zapotrzebowania całego ciała,
mimo tego, że mózg stanowi
zaledwie 2% masy ciała.
Układ krwionośny
rozwiązuje problem zaopatrzenia w składniki odżywcze,
wysyłając je przez naczynia krwionośne
wraz z tlenem do każdego zakamarka ciała.
Można to zobaczyć na tym filmie.
To obraz naczyń krwionośnych
w mózgu żywej myszy.
Naczynia te tworzą skomplikowaną sieć,
która wypełnia całą objętość mózgu.
Zaczynają się na powierzchni mózgu
i ciągną aż do samej tkanki,
a przez rozgałęzienia dostarczają pokarm
i tlen do każdej komórki mózgowej.
Tak jak każda komórka
wymaga pokarmu do życia,
każda komórka produkuje też odpady,
zaś usunięcie tych odpadów
to drugi podstawowy problem,
jaki musi rozwiązać każdy narząd.
Ten diagram przedstawia układ limfatyczny,
który ewoluował, by rozwiązać ten problem.
To druga, równoległa sieć naczyń,
rozciągająca się po całym ciele.
Zbiera białka i inne odpady
z przestrzeni międzykomórkowej,
po czym kieruje je do krwi,
z której mogą zostać usunięte.
Gdy jednak przyjrzeć się temu schematowi,
widać, że coś nie ma sensu.
W zbliżeniu głowy tego człowieka widać,
że w mózgu nie ma naczyń limfatycznych.
Nie ma to sensu, prawda?
Mózg to niezwykle aktywny organ,
który produkuje olbrzymie ilości odpadów,
których trzeba się wydajnie pozbywać.
Mimo to nie ma naczyń limfatycznych,
czyli że sposób pozbywania się odpadów
stosowany przez resztę ciała
nie zadziała w mózgu.
Jak więc mózg rozwiązał problem
pozbywania się odpadów?
To z pozoru przyziemne pytanie
to miejsce, w którym nasza grupa wkroczyła do akcji.
Odkryliśmy,
głęboko w mózgu,
między neuronami i naczyniami krwionośnymi,
rozwiązanie problemu odpadów.
Było niespodziewane.
Było genialne,
a jednocześnie piękne.
Opowiem, co odkryliśmy.
Mózg jest wypełniony czystą, bezbarwną cieczą,
zwaną płynem mózgowo-rdzeniowym.
Nazywamy go CSF.
CSF wypełnia przestrzenie wokół mózgu,
a odpady z wnętrza mózgu
dostają się do CSF,
który spływa wraz z nimi do krwi.
Brzmi to podobnie
do układu limfatycznego, prawda?
Co ciekawe, płyn i odpady
z wnętrza mózgu
nie przenikają do zbiorników z CSF
w sposób losowy.
Zamiast tego istnieje specjalistyczna sieć kanalizacyjna,
która organizuje i ułatwia ten proces.
Możecie to zobaczyć na tych nagraniach.
Ponownie oglądamy obraz mózgu
żywej myszy.
Obraz po lewej pokazuje,
co dzieje się na powierzchni mózgu,
z kolei obraz po prawej pokazuje
co dzieje się pod powierzchnią mózgu,
wewnątrz samej tkanki.
Naczynia krwionośne oznaczyliśmy kolorem czerwonym,
zaś CSF otaczający mózg
będzie miał kolor zielony.
Zaskoczyło nas,
że płyn znajdujący się na zewnątrz mózgu
nie zostawał na zewnątrz.
Zamiast tego CSF był pompowany
do mózgu i przez mózg,
na zewnątrz naczyń krwionośnych,
a gdy spływał w głąb mózgu
wzdłuż tych naczyń,
wspomagał proces oczyszczania,
usuwając odpady z przestrzeni
pomiędzy komórkami mózgowymi.
Gdy się nad tym zastanowić,
takie użytkowanie zewnętrznej strony naczyń krwionośnych
to bardzo sprytne rozwiązanie,
ponieważ mózg jest zamknięty
w sztywnej czaszce
i jest całkowicie wypełniony komórkami.
Nie ma więc w nim miejsca
na dodatkowy system naczyń, jak w układzie limfatycznym.
Jednak naczynia krwionośne
ciągną się od powierzchni mózgu
do każdej komórki,
co oznacza, że płyn płynący
wzdłuż tych naczyń
ma łatwy dostęp do całej objętości mózgu.
Jest to więc zmyślny sposób
na przekwalifikowanie zestawu naczyń krwionośnych,
do przejęcia roli
zestawu naczyń limfatycznych,
żeby nie były już potrzebne.
Co niezwykłe, żaden inny narząd
nie ma takiego podejścia
do usuwania odpadów spomiędzy komórek.
To rozwiązanie całkowicie unikalne dla mózgu.
Ale najbardziej zaskoczyło nas odkrycie,
że wszystko, o czym mówiłem,
ten przepływ płynu przez mózg,
dzieje się wyłącznie podczas snu.
Nagranie po lewej pokazuje
jak dużo CSF przepływa
przez mózg żywej myszy na jawie.
Prawie nic.
Jednak gdy to samo zwierzę zaśnie,
widać, że CSF zalewa cały mózg.
Odkryliśmy, że w momencie,
gdy mózg zapada w sen,
komórki się kurczą,
zostawiając puste przestrzenie,
pozwalające na przepływ płynu
i usunięcie odpadów.
W pewnym sensie Galen
mógł być na dobrym tropie,
gdy pisał o płynie płynącym przez mózg
w czasie snu.
Nasze badania, 2000 lat później,
sugerują, co naprawdę się dzieje.
Gdy mózg nie śpi
i intensywnie pracuje,
odkłada odpady między komórkami.
Potem, w czasie snu,
kiedy pracuje mniej,
przechodzi w tryb oczyszczania.
Z przestrzeni między komórkami
usuwa wtedy odpady,
które zebrały się przez cały dzień.
Działamy podobnie,
gdy przez cały tydzień odkładamy domowe obowiązki
z braku czasu,
by wziąć się do sprzątania,
gdy przychodzi weekend.
Mówiłem o usuwaniu odpadów,
jednak nie określiłem,
jakiego rodzaju odpady
trzeba usunąć z mózgu podczas snu,
aby utrzymać go w dobrej kondycji.
Odpadem, na którym skupiły się ostatnie badania
jest amyloid-beta,
białko produkowane w mózgu przez cały czas.
Mój mózg właśnie tworzy amyloid-beta,
wasze mózgi również.
U pacjentów z Alzheimerem
osad amyloidu-beta tworzy agregaty
w przestrzeni między komórkami mózgu,
zamiast prawidłowo zostać usunięty.
To właśnie osad amyloidu-beta
uważa się za jeden z kluczowych etapów
rozwoju tej strasznej choroby.
Zmierzyliśmy, jak szybko amyloid-beta
jest usuwany z mózgu na jawie,
w porównaniu z mózgiem podczas snu.
Okazało się, że faktycznie,
usuwanie amyloidu-beta
jest o wiele szybsze podczas snu.
Jeżeli więc sen jest sposobem,
w jaki mózg rozwiązuje
problem usuwania odpadów,
nasze myślenie o związku
między snem, amyloidem-beta
oraz chorobą Alzheimera może ulec zmianie.
Szereg niedawnych badań klinicznych
sugeruje, że wśród pacjentów,
u których nie doszło jeszcze do rozwoju choroby Alzheimera,
pogorszenie jakości i długości snu
wiąże się z większą ilością
amyloidu-beta gromadzonego w mózgu.
Warto zwrócić uwagę,
że badania nie udowadniają,
że krótszy sen lub niższa jego jakość
powoduje chorobę Alzheimera.
Sugerują one tylko, że zaburzenia
w oczyszczaniu mózgu
i nagromadzenie odpadów takich jak amyloid-beta
może przyczynić się do rozwoju
chorób w rodzaju Alzheimera.
Nowe badania mówią nam,
że ta jedna rzecz,
którą wszyscy wiedzą o śnie,
o której wiedział nawet Galen,
ten fakt, że sen odświeża i oczyszcza umysł,
może mieć duży związek z tym,
czym właściwie jest sen.
Idziemy spać każdej nocy,
jednak nasz mózg nigdy nie odpoczywa.
Gdy ciało jest nieruchome,
a umysł wędruje gdzieś w snach,
zgrabna maszyneria mózgu
po kryjomu ciężko pracuje
nad czystością i sprawnością
tej niesamowicie złożonej maszyny.
Zupełnie jak domowe porządki.
To brudna i niewdzięczna robota,
ale bardzo ważna.
Jeśli przestaniecie sprzątać kuchnię
przez miesiąc,
dom bardzo szybko przestanie nadawać się do życia.
W mózgu takie zaniedbanie
może mieć dużo większe konwekwencje
niż wstyd z powodu brudnego blatu.
Gdy chodzi o oczyszczanie mózgu,
stawką jest zdrowie i prawidłowe funkcjonowanie
umysłu i ciała,
dlatego zrozumienie podstawowych funkcji,
utrzymujących porządek w mózgu,
może mieć krytyczne znaczenie
w zapobieganiu i leczeniu chorób umysłu.
Dziękuję.
(Brawa)