Pernah tertanya-tanya apa yang berlaku di dalam otak anda apabila anda berjaga selama satu hari, malam dan hari lain, sebelum anda tidur? Nah, kami baru tahu.

Ia telah dikenali selama bertahun-tahun betapa mengantuk kita, seberapa baik kita boleh menambah nombor, memberi perhatian atau menjalankan tugas ingatan yang bekerja bergantung pada berapa lama kita telah terjaga dan waktu siang. Lazimnya jika kita terus berjaga selama tempoh dua hari (sehari, malam dan kemudian pada keesokan harinya) jam pertama 16 atau lebih tinggi adalah wakefulness - prestasi yang baik dan tidak banyak berubah.

Tetapi, ketika kita memasuki "masa malam biologi", seperti yang ditunjukkan oleh peningkatan hormon melatonin, prestasi merosot dengan cepat dan mencapai minimum sekitar 6-8am pada keesokan harinya. Pada hari kedua, prestasi dapat sedikit lebih baik (tetapi masih jauh di bawah tahap satu hari) dan hanya kembali ke paras normal, selepas tahap tidur malam yang baik.

Ciri utama garis masa prestasi ini adalah bahawa ia tidak merosot secara linear berdasarkan berapa lama anda telah terjaga tetapi sebaliknya dimodulasi oleh masa hari. Sebenarnya, kita tahu sekarang ini tidak sebenarnya "masa hari" tetapi "masa biologi dalaman hari" yang menyebabkan kesan kehilangan tidur. Pada tahap tingkah laku, maka, fungsi otak ditentukan oleh gabungan gabungan rhythmicity circadian dan homeostasis tidur - tekanan tidur yang membina semasa terjaga dan menghilang semasa tidur.

Rantaian sirkadian

Rhythmicity sirkadian boleh dilihat dalam banyak aspek tingkah laku dan fisiologi dan dihasilkan oleh jam circadian di hampir setiap sel dalam otak dan badan. Secara tempatan, irama ini dijana dengan gelung umpan balik protein jam ke gen jam yang menyatakan maklumat genetik yang kemudian diterjemahkan ke dalam protein

Semua jam ini - termasuk jam otak - disegerakkan oleh pengarah pusat / konduktor yang terletak di kawasan otak yang dinamakan nukleus suprachiasmatic dalam hipotalamus. Kawasan otak ini juga memacu irama melatonin dalam darah dan air liur.

Oleh itu, bagaimanakah gabungan tindakan rhythmicity circadian dan kerja homeostasis tidur? Nah, pada hari biologi jam circadian menjana isyarat atau wakefulness yang mempromosikan isyarat yang semakin kuat seiring berjalannya hari dan mencapai kekuatan maksimum pada waktu petang. Ini mungkin kelihatan agak paradoks, tetapi isyarat ini perlu menjadi lebih kuat seiring berjalannya hari kerana tekanan tidur juga akan bertambah dengan lebih lama, kita akan terjaga - jadi sesuatu perlu memastikan kita berjaga-jaga.

Tetapi ketika kita memasuki malam biologi, wakefulness mempromosikan isyarat circadian menghilangkan dan berubah menjadi isyarat mempromosikan tidur dengan kekuatan maksimum di sekitar 6-8am. Sekali lagi, ini mungkin kelihatan agak paradoks tetapi dalam keadaan normal apabila kita tidur pada waktu malam, ini berguna kerana isyarat menggalakkan tidur membolehkan kita terus tidur dengan baik walaupun selepas enam atau tujuh jam ketika tekanan tidur telah hilang.

Masalah timbul apabila kita terus terjaga pada waktu malam dan pada keesokan harinya. Pada waktu malam, tekanan tidur tetap tinggi dan bahkan meningkat kerana kita terjaga. Isyarat circadian tidak lagi menentang tekanan ini dan kami berjuang untuk terus berjaga dan melakukan. Keesokan harinya, jam circadian, yang masih kutu sama ada kita sedang tidur atau tidak, mula mempromosikan isyarat terjaga sekali lagi sehingga menjadi sedikit lebih mudah untuk melakukan dan tetap terjaga.

Apakah yang kelihatan seperti ini di dalam otak?

Ini semua baik dan baik dan masuk akal. Sesungguhnya, model kerja ini diterima secara meluas daripada apa yang telah kita lihat berlaku pada tingkah laku. Tetapi apa gabungan tindakan irama circadian dan homeostasis tidur seperti dalam otak manusia

Pasukan penyelidik kami, dari University of Liege dan University of Surrey, mengimbas otak orang 33 menggunakan pencitraan resonans magnetik fungsian (fMRI) - yang memberikan gambaran terperinci mengenai tahap aktiviti neuron di seluruh otak - yang tidur kurang dua hari dan mengikuti tempoh pemulihan tidur. Kami juga mengukur tahap melatonin untuk mempunyai petunjuk yang baik dalam masa biologi dalaman, yang berbeza antara individu. Keputusan kami adalah diterbitkan dalam Sains.

Bagi setiap peserta, imej otak 13 diperolehi semasa mereka menjalankan tugas reaksi masa yang mudah. Dua belas gambar otak dikumpulkan semasa kekurangan tidur pada masa-masa yang dicirikan oleh perubahan pesat yang diperhatikan sebelum ini pada pertunjukan pada waktu petang dan pada waktu pagi. Imej ketiga belas diambil selepas tidur pemulihan.

Aktiviti di beberapa kawasan otak, dan khususnya kawasan subkortikal (seperti thalamus, pusat utama untuk menyampaikan maklumat ke korteks), mengikuti corak irama 24-jam (circadian) yang mana, yang menghairankan, berubah di seluruh kawasan otak. Kawasan otak yang lain - di kawasan otak frontal tertentu termasuk kawasan persatuan pesanan tinggi - menunjukkan pengurangan aktiviti dengan masa terjaga diikuti oleh pulangan ke tahap kurang tidur sebelum tidur. Sesetengah kawasan otak memaparkan corak yang merupakan gabungan corak irama dan penurunan yang berkaitan dengan masa terjaga.

Lebih mengejutkan lagi, kesan kehilangan tidur pada aktiviti otak lebih meluas apabila para peserta melakukan tugas masa tindak balas yang sederhana berbanding tugas yang memegang memori yang lebih kompleks.

Apa semua ini bermakna bahawa pelbagai kawasan otak kelihatan berbeza dengan kehilangan tidur dan irama sirkadian, dan secara keseluruhan hasil menunjukkan kedua-dua kesan yang meresap ini, tetapi juga persamaan dan sifat tempatan dari pengaruh-pengaruh ini.

Variasi dalam respons otak menunjukkan betapa kompleksnya mekanisme yang mana otak bertindak balas terhadap kehilangan nyawa. Ia membantu kita memahami bagaimana otak dapat mempertahankan prestasi pada waktu siang dan malam. Keputusan ini dapat menegaskan pekerja-pekerja beralih dan orang-orang yang bekerja sangat lama berjuang untuk memberi perhatian dan menumpukan perhatian kepada pekerjaan mereka, terutama pada waktu pagi. Ya, otak anda akan berbeza pada waktu malam daripada siang hari. Mereka juga mencadangkan bahawa jika anda bekerja lewat, mungkin lebih baik untuk membungkusnya, tidur sedikit dan mulailah semula pada waktu pagi.

Ia juga boleh membantu kita untuk lebih memahami mengapa banyak gejala dalam keadaan psikiatri dan neurodegenerative lilin dan berkurang, dan mengapa pada awal pagi selepas malam tanpa tidur kita berjuang untuk mengekalkan perhatian, sedangkan pada waktu petang ia bukan masalah.

Tentang Pengarang

Derk-Jan Dijk, Profesor Tidur dan Fisiologi dan Pengarah Pusat Penyelidikan Tidur Surrey, Universiti Surrey

Pierre Maquet, Pengarah Penyelidikan, Penyelidikan Cyclotron, Université de Liège

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan. Membaca artikel asal.

Buku-buku yang berkaitan

at InnerSelf Market dan Amazon