Atât peștii, cât și oamenii au un somn asemănător REM

Nimeni nu ar trebui să doarmă cu peștii, dar noi cercetări asupra peștilor zebră sugerează că dormim ca lor.

Peștii zebra adormiți au o activitate cerebrală similară atât cu somnul profund cu unde lente, cât și cu mișcarea rapidă a ochilor, sau REM, somn care se găsește la mamifere, raportează cercetătorii pe 10 iulie în Natură. Și este posibil ca echipa să fi găsit celulele care declanșează somnul REM.

Descoperirile sugerează că elementele de bază ale somnului au evoluat cu cel puțin 450 de milioane de ani în urmă la strămoșii peștilor zebră, înainte de evoluția animalelor care dau naștere tinerilor vii în loc să depună ouă. Este cu 150 de milioane de ani mai devreme decât credeau oamenii de știință când au descoperit că șopârlele dorm ca mamiferele și păsările (SN: 28.5.16, str. 9).

Mai mult, este posibil ca somnul să fi evoluat sub apă, spune Louis C. Leung, neuroștiință la Școala de Medicină a Universității Stanford. „Aceste semnături [of sleep] au cu adevărat funcții importante – chiar dacă este posibil să nu știm care sunt ele – care au supraviețuit sute de milioane de ani de evoluție.”

La mamifere, păsări și șopârle, somnul are mai multe etape caracterizate prin semnale electrice specifice. În timpul somnului cu unde lente, creierul este în mare parte liniștit, cu excepția undelor sincronizate de activitate electrică. Ritmul cardiac scade, iar mușchii se relaxează. În timpul somnului REM sau paradoxal, creierul se luminează cu activitate aproape ca și cum ar fi treaz. Dar mușchii sunt paralizați (cu excepția tresărilor rapide ale ochilor) și inima bate neregulat.

De mulți ani, oamenii de știință știu că muștele de fructe, nematodele, peștii, caracatițele și alte creaturi au perioade de odihnă care amintesc de somn. Dar, până acum, nimeni nu a putut măsura activitatea electrică a creierului acelor animale pentru a vedea dacă acel repaus este la fel cu amânarea mamiferelor.

Leung și colegii săi au dezvoltat un sistem care să facă exact acest lucru la peștele zebra, modificându-le genetic pentru a face o moleculă fluorescentă care se aprinde atunci când întâlnește calciul, care este eliberat atunci când celulele nervoase și mușchii sunt activi. Urmărind fulgerele de lumină folosind un microscop cu folie de lumină, cercetătorii au urmărit activitatea creierului și a mușchilor în larvele de pește transparent natural.

Următoarea sarcină a fost să adormi peștii la microscop. În unele experimente, echipa a adăugat în apa peștilor medicamente care declanșează fie somnul cu unde lente, fie somnul REM la mamifere. În altele, cercetătorii au privat peștii de somn pentru o noapte sau i-au ascuns cu multă activitate în timpul zilei. Rezultatele tuturor metodelor de inducere a amânării au fost aceleași.

Peștii adormiți au două tipuri distincte de activitate cerebrală în timp ce dorm, a descoperit echipa. Unul, similar somnului cu unde lente, a fost caracterizat prin explozii scurte de activitate în unele celule nervoase din creier. Cercetătorii numesc această stare somn cu izbucnire lentă. Somnul asemănător REM, pe care cercetătorii l-au numit „somn cu val de propagare”, a fost caracterizat de o activitate frenetică a creierului care se răspândește ca un val prin creier. Cercetătorii nu numesc fazele de somn REM sau somn cu unde lente, deoarece există unele diferențe minore între modul în care dorm peștii și mamiferele.

UNdul de somn Folosind peștii zebra modificați genetic, cercetătorii au urmărit peștii dormind la microscop. O moleculă care se aprinde (roșu) atunci când nervii și mușchii devin activi a fost folosită pentru a monitoriza funcțiile creierului și ale corpului. Pe măsură ce peștele-zebră se pregătește pentru somnul REM, un val de activitate se deplasează spre coadă, făcând mușchii peștelui să se slăbească (aproximativ șapte secunde). Apoi, un alt val de activitate (la aproximativ 11 secunde) mătură peștele. Acest val este similar cu cei care declanșează somnul cu mișcarea rapidă a ochilor la mamifere.

Un grup de celule care căptușesc spații goale numite ventriculi adânci în creier pare să declanșeze acel val de activitate cerebrală asemănătoare REM. Aceste celule ependimale cufundă cilii ca degetele în lichidul cefalorahidian care scaldă ventriculii și sistemul nervos central. Celulele par să-și bată cilii mai repede pe măsură ce crește cantitățile de un hormon bine-cunoscut, care promovează somnul, numit hormon de concentrare a melaninei, în lichid, au descoperit cercetătorii.

Nu este clar cum celulele ependimale comunică cu restul creierului pentru a declanșa o activitate asemănătoare REM. Astfel de celule sunt prezente și la mamifere, dar nimeni nu a reușit încă să vadă asta adânc în creierul mamiferelor adormite pentru a determina dacă celulele joacă un rol în somn. Dar cunoașterea acestor celule poate ajuta cercetătorii să dezvolte ajutoare pentru somn mai bune, spune Leung.

La fel ca la mamifere, întregul corp al peștilor zebră este afectat în timpul somnului. Mușchii lor se relaxează în timpul somnului, iar inimile lor încetinesc de la aproximativ 200 de bătăi pe minut când sunt trezi la aproximativ 110 până la 120 de bătăi pe minut în timp ce dorm în timpul somnului cu undele lente. În timpul somnului REM, inima încetinește și mai mult până la aproximativ 90 de bătăi pe minut și își pierde ritmul obișnuit. Și mușchii peștelui se slăbesc complet. Singura caracteristică care îi lipsește peștelui este mișcarea rapidă a ochilor. În schimb, ochii se rotesc înapoi în orbite, spune coautorul studiului Philippe Mourrain, un biolog la Școala de Medicină a Universității Stanford.

Lipsa mișcării ochilor ar putea indica faptul că părțile care procesează emoțiile ale creierului, cum ar fi amigdala, nu sunt la fel de active la peștele-zebră precum sunt la mamifere, spune cercetătorul de somn Allan Pack de la Universitatea din Pennsylvania Perelman School of Medicine. Odată cu monitorizarea activității creierului, cercetătorii au dus cercetarea în domeniul somnului „la următorul nivel”, spune Pack, și „prezentă dovezi destul de convingătoare” ale somnului cu unde lente și de tip REM la pești.

Implicarea întregului corp pe care cercetătorii au documentat-o ​​solidifică argumentul că somnul peștilor este similar cu cel al mamiferelor, spune neurologul Paul Shaw de la Școala de Medicină a Universității Washington din St. Louis. În toate organismele despre care se știe că amână, „somnul se manifestă peste tot” în corp, spune el.

Experimentele viitoare pot arăta de ce somnul slab sau lipsa de Z contribuie la probleme de sănătate la oameni, cum ar fi obezitatea, bolile de inimă și diabetul.