شیوه تنظیم خواب شبانه روزی توسط بدن کشف شد
برای افرادی که با مشکل بی‌خوابی به پزشک مراجعه می‌کنند، ممکن است داروی «ملاتونین» تجویز شود. بر طبق شواهد و حتی برخی از مطالعات تحقیقاتی استفاده از این مکمل هورمونی می‌تواند به خوابیدن کمک کند. با این حال، بدن ما نیز ملاتونین را به طور طبیعی تولید می‌کند و تا امروز کسی نمی‌دانست که چگونه این هورمون به خواب طبیعی کمک می‌کند تا اینکه به تازگی پژوهشگران موسسه فناوری کالیفرنیا تحقیق جدیدی روی گورخرماهی انجام دادند. تحقیق جدید نشان می‌دهد که حتی درغیاب مکمل این هورمون، تولید طبیعی ملاتونین در بدن ممکن است انسان را به خواب فرو ببرد.
دیوید پرابر، استادیار زیست شناسی می‌گوید: «هنگامی که ما برای اولین بار به مردم گفتیم که ما در حال آزمایش این مورد هستیم که آیا ملاتونین بر خواب تاثیر دارد یا نه، آنها اغلب پاسخ دادند، مگر تا کنون نمی‌دانستیم که موثر است؟این پاسخ بر اساس مقالات موجود در روزنامه‌ها و محصولات ملاتونین موجود در اینترنت، کاملا معقول و منطقی است. اما در حالی که برخی از مطالعات علمی نشان می‌دهد مکمل ملاتونین می‌تواند به بروز حس خواب آلودگی کمک کند، بسیاری از مطالعات موفق به مشاهده این مورد نشدند، لذا اثر مکمل ملاتونین بحث برانگیز است. از همه مهم‌تر، این مطالعات نمی‌توانند آنچه را که به طور طبیعی با تولید ملاتونین در بدن رخ می‌دهد را توضیح دهند.» نتایج این مطالعه به صورت آنلاین در مجله نورون منتشر شده است.
عوامل مختلفی نقش خود را ایفا می‌کنند تا اینکه فرد شروع به احساس خستگی کند. خواب توسط دو مکانیسم تنظیم می‌شود؛ اولی مکانیسم هومئواستاتیک است، که به نشانه‌های داخلی بدن برای خواب پاسخ می‌دهد و دومی مکانیسم شبانهروزی است که به نشانه‌های خارجی مانند تاریکی و نور پاسخ می‌دهد و زمان مناسب برای خواب و بیداری را هشدار می‌دهد.
طی سال‌ها، پژوهشگران تصور می‌کردند که تولید ملاتونین توسط ساعت شبانهروزی بدن تنظیم می‌شود و حیوانات این هورمون را در شب بیشتر از طول روز تولید می‌کنند. اما این واقعیت به تنهایی برای اثبات اینکه ملاتونین حس نیاز به خواب را ایجاد می‌کند کافی نیست. به عنوان مثال، اگر چه حیوانات شبانه در طول روز می‌خوابند و شب فعال هستند، اما در بدن آنها نیز بیشترین ملاتونین در شب تولید می‌شود.
به امید تعیین نقشی که این هورمون برای خوابیدن ایفا می‌کند، پرابر و گروهش از دانشگاه کالتک (موسسه فناوری کالیفرنیا)، آزمایشی با استفاده از کرم گورخرماهی، که معمولا در مطالعات تحقیقاتی به دلیل اندازه کوچک و ژنوم شناخته شده‌اش بسیار استفاده می‌شود، طراحی کردند. گورخرماهی‌ها نیز مثل انسان‌ها، روزانه هستند، در طول روز بیدارند، در شب می‌خوابند و ملاتونین تولید می‌کنند.
پرابر می‌گوید: «اما دقیقا چگونه می‌توان تشخیص داد که آیا گورخرماهی جوان در خواب است یا نه؟ معیارهای رفتاری وجود دارند از جمله اینکه چه مدت طول می‌کشد گورخرماهی به یک محرک، مانند زدن یک ضربه روی مخزن، پاسخ دهد. به عنوان مثال. بر اساس این معیارها، ما متوجه شدیم که اگر تخم گورخرماهی برای یک یا چند دقیقه حرکت نکند، آنها در حالت خواب به سر می‌برند.
برای آزمایش اثر طبیعی ملاتونین در خواب، پژوهشگران در اولین قدم الگوهای خواب عادی و یا نوع وحشی تخم گورخرماهی را با آن دسته از گورخرماهی‌هایی که به دلیل جهش در یک ژن به نام «آنات2» قادر به تولید هورمون ملاتونین نبودند را مورد مقایسه قرار دادند. آنها دریافتند که ماهی با جهش زنتیکی تنها به اندازه نصف یک ماهی طبیعی می‌خوابد. و اگر چه گورخرماهی طبیعی پس از خاموش شدن نور چراغ به اندازه 10 دقیقه طول می‌کشد تا به خواب برود، درست همان مقداری که طول می‌کشد تا انسان به خواب فرو برود، در مورد ماهی جهش یافته این مورد دو برابر طولانی‌تر است.
پرابر می‌گوید: «این نتیجه تعجب‌آور بود، چرا که نشان می‌دهد تقریبا نیمی از خوابی که تخم گورخرماهی در شب دارد به علت اثرات ملاتونین است. این نشان می‌دهد که ملاتونین به طور طبیعی نقش مهمی در خواب دارد و این ملاتونین طبیعی در هر دوی به خواب رفتن و در خواب ماندن مورد نیاز است.»
در هر دوی انسان و گورخرماهی، ملاتونین در بخشی از مغز به نام غده صنوبری تولید می‌شود. برای تایید اینکه کاهش خواب ناشی از جهش ژنتیکی در واقع به دلیل کمبود ملاتونین رخ می‌دهد، پژوهشگران در مرحله بعد با از دارویی برای کشتن سلول‌های غده صنوبری استفاده کردند تا تولید هورمون متوقف شود. ماهی تحت درمان با دارو کاهش خواب مشابه ماهی جهش‌یافته را نشان داد. هنگامی که درمان دارویی متوقف شد و به سلول‌های غده صنوبری اجازه بازسازی داده شد، ماهی به الگوی خواب طبیعی بازگشت.
الگوهای خواب، مانند بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی و رفتاری، توسط ساعت شبانهروزی تنظیم می‌شوند. در یک موجود زنده، ساعت شبانهروزی این فرآیند‌ها را با تغییرات روزانه در محیط، مانند نور روز و تاریکی در شب تطبیق می‌دهد. در حالی که چگونگی کار کردن ساعت شبانهروزی تا به امروز کشف شده است، چگونگی تنظیم شدن خواب توسط این ساعت همچنان در پرده‌ای از ابهام است. از آنجا که پژوهشگران پیشتر تعیین کرده بودند که ملاتونین در بروز حس خواب آلودگی طبیعی درگیر است، سپس با این سوال مواجه شدند که آیا ملاتونین در تنظیم خواب توسط ساعت شبانهروزی نیز نقشی دارد؟
پژوهشگران برای یافتن پاسخ ابتدا هر دو نوع گورخرماهی وحشی و جهش‌یافته را در یک چرخه نور/خاموشی طبیعی، 14 ساعت نور و پس از آن 10 ساعت تاریکی، بیدار کردند. سپس، هنگامی که تخم‌های گورخرماهی 5 روز سن داشتند، هر دو دسته را به محیطی با تاریکی ثابت انتقال دادند. در این شرایط ساعت شبانهروزی به عملکرد خود در غیاب نور روز و هشدار تاریکی شب محیط باز هم ادامه می‌داد. همانطور که انتظار می‌رفت، ماهی وحشی چرخه خواب شبانهروزی منظم خود را حفظ کرد اما ماهی جهش یافته و فاقد ملاتونین، هیچ الگوی خواب ادواری نشان نداد.
پرابر می‌گوید: «این واقعا تعجب‌آور بود. در طی سال‌ها، مردم به دنبال عاملی هستند که خواب شبانه روزی‌شان را تنظیم کند و چند مولکول دیگر به عنوان مکمل که مانند ملاتونین، می‌توانند توسط ساعت شبانه روزی خواب را القا و تنظیم کنند شناسایی کرده بودند. اما، نمونه‌های جهش یافته‌ای که دچار فقدان این عوامل شده بودند می‌توانستند چرخه خواب شبانه روزی نرمال داشته باشند. یک تصور این است که شاید همه این مولکول‌ها با هم کار می‌کنند و برای دیدن اثربخشی آنها باید در ژن‌های متعددی جهش ایجاد کرد. اما ما متوجه شدیم که با از بین بردن تنها یک مولکول، ملاتونین، می‌توان اثر آن بر خواب را به وضوح مشاهده کرد. این یکی از نتایج نادر و شگفت انگیز است.»
پرابر پس از دریافتن این که ملاتونین برای تنظیم شبانهروزی خواب لازم است، می‌خواست به چگونگی تاثیر گذاشتن این هورمون پاسخی پیدا کند. به این دلیل او و همکارانش به دنبال نورومدولاتوری به نام آدنوزین بودند. آدنوزین بخشی از مکانیسم هومئواستاتیک است که به بروز خواب می‌پردازد. از آنجایی که یک حیوان انرژی خود را در طول روز مصرف می‌کند، آدنوزین با تجمع در مغز به حیوان احساس خستگی بیشتر و بیشتر می‌بخشد و فشاری بر او وارد می‌کند که تنها از طریق خواب برطرف می‌شود.
پژوهشگران با استفاده از یک دارو، سیگنال‌دهی آدنوزین را در هر دو نوع گورخرماهی وحشی و جهش یافته دچار کمبود ملاتونین، فعال کردند. آنها دریافتند که اگر چه داروها هیچ تاثیری روی ماهی وحشی ندارند، اما مقدار خواب نرمال در ماهی جهش یافته دوباره بازسازی شد. این نتیجه نشان می‌دهد که ملاتونین ممکن است با فعال کردن آدنوزین بتواند خواب را ترویج کند. فعال شدن آدنوزین ارتباط بین فرآیندهای هومئواستاتیک و شبانه روزی را فراهم می‌کند که منجر به تنظیم خواب می‌شود.
پرابر و همکارانش این فرضیه را مطرح کردند که ساعت شبانه روزی، بدن را برای تولید ملاتونین تحریک می‌کند، که پس از آن خواب از طریق مکانیسم‌های نامعینی بروز می‌یابد، درحالیکه همچنان تولید آدنوزین تحریک می‌شود و به این ترتیب بروز حس خواب آلودگی توسط فرآیند هومئواستاتیک اتفاق می‌افتد. اگر چه برای تایید این مدل، آزمایشات بسیاری باید انجام شود، اما پرابر معتقد است که نتایج اولیه ممکن است اطلاعاتی در مورد خواب انسان ارائه کند.
«گورخرماهی از مهره دارانی هست که مغز آن ساختاری شبیه به مغز ما دارد. همه نشانگرهایی که ما و دیگران مورد آزمایش قرار داده‌ایم در همان مناطق مغز گورخرماهی همچون مغز پستانداران وجود دارند. خواب گورخرماهی و خواب انسان احتمالا در برخی از مکانیسم‌ها متفاوت است، اما داروها و اطلاعات ژنتیکی ما نشان می‌دهد که همه عوامل یکسان هستند و عملکرد مغز از طریق مکانیسم‌های مشابه دارای اثرات مشابه در خواب گورخرماهی‌ها و پستانداران است.»
No tags for this post.
