Under sömnen försvagar hjärnan de nya kopplingar mellan nervceller som skapats i vaket tillstånd – men bara under den första halvan av nattsömnen, enligt en ny studie av forskare vid UCL.
Forskarna säger att deras resultat, som publicerats i Nature, ger insikt i sömnens roll, men lämnar fortfarande en öppen fråga kring vilken funktion den senare halvan av en natts sömn har.
Forskarna säger att studien stöder den synaptiska homeostas-hypotesen, en viktig teori om sömnens syfte som föreslår att sömn fungerar som en återställning för hjärnan.
Huvudförfattaren professor Jason Rihel (UCL Cell & Developmental Biology) säger: ”När vi är vakna blir kopplingarna mellan hjärncellerna starkare och mer komplexa. Om denna aktivitet skulle fortsätta med oförminskad styrka skulle det vara ohållbart ur energisynpunkt. För många aktiva kopplingar mellan hjärncellerna skulle kunna hindra nya kopplingar från att skapas nästa dag.
”Även om sömnens funktion fortfarande är mystisk kan den fungera som en ’off-line’-period då dessa kopplingar kan försvagas i hjärnan, som en förberedelse för att vi ska kunna lära oss nya saker nästa dag.”
För studien använde forskarna optiskt genomskinliga zebrafiskar, med gener som gör det möjligt att enkelt avbilda synapser (strukturer som kommunicerar mellan hjärnceller). Forskargruppen övervakade fiskarna under flera sömn– och vakenhetscykler.
Forskarna fann att hjärncellerna får fler kopplingar under vaken tid, för att sedan förlora dem under sömnen. De fann att detta berodde på hur stort sömntryck (sömnbehov) djuret hade byggt upp innan det fick vila; om forskarna berövade fiskarna sömn under några extra timmar fortsatte kopplingarna att öka tills djuret kunde sova.
Professor Rihel tillade: ”Om de mönster vi observerade stämmer in på människor, tyder våra resultat på att denna ombyggnad av synapser kan vara mindre effektiv under en tupplur mitt på dagen, när sömntrycket fortfarande är lågt, snarare än på natten, när vi verkligen behöver sömnen.”
Forskarna fann också att dessa omorganiseringar av kopplingarna mellan nervcellerna oftast skedde under den första halvan av djurets nattsömn. Detta speglar mönstret för slow wave-aktivitet, som är en del av sömncykeln som är starkast i början av natten.
Försteförfattaren Dr. Anya Suppermpool (UCL Cell & Developmental Biology och UCL Ear Institute) säger: ”Våra resultat stärker teorin om att sömnen dämpar kopplingar i hjärnan och förbereder för mer inlärning och nya kopplingar nästa dag. Men vår studie säger oss ingenting om vad som händer under den andra halvan av natten.
”Det finns andra teorier om att sömnen är en tid för att rensa bort avfall i hjärnan eller reparera skadade celler – kanske är det andra funktioner som sätter igång under andra halvan av natten.”
Ytterligare information: Jason Rihel, Sleep pressure modulates single-neuron synapse number in zebrafish, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07367-3. www.nature.com/articles/s41586-024-07367-3
