آریاطب
چرا خواب مرحله ای حیاتی برای پاک سازی مغز است؟
(How a Neurotransmitter Drives Brain Cleansing During Sleep)
خلاصه ی مقاله
دانشمندان بر این باورند که خواب، چرخهٔ پاک سازی مغز است؛ در خواب مایعی در سراسر این اندام نفوذ میکند، مواد زائد شیمیایی انباشتهشده در دورهٔ بیداری را میشوید و دفع میکند.اما پرسش بنیادین همواره این بوده است که چه نیرویی این فرایند را به جریان میاندازد؟ پژوهشهای جدید که در مجلهٔ Cell منتشر شده، بهطور دقیق نشان میدهد که انقباضهای منظم رگهای خونی مغز، که توسط یک انتقالدهندهٔ عصبی مشابه آدرنالین تحریک میشوند، بهعنوان پمپ عمل کرده و مایع مغزی–نخاعی را در مغز به گردش درمیآورند.این کشف نهتنها سازوکاری تازه و دقیق از فیزیولوژی خواب را آشکار میکند، بلکه میتواند مسیر طراحی داروهای خوابآور آینده را تغییر دهد؛ داروهایی که خواب را القا میکنند بیآنکه عملکرد حیاتی پاکسازی مغز را مختل سازند. در این پژوهش همچنین نشان داده شده که داروی محبوب آمبین (زولپیدم) میتواند این فرآیند طبیعی پاک سازی مغز را مختل کند.
متن کامل مقاله
دانشمندان سالهاست خواب را بهعنوان چرخهٔ شستوشوی مغز توصیف میکنند؛ دورهای شبانه که در آن مایعی شفاف در سراسر مغز نفوذ میکند و بقایای شیمیایی و مواد زائدی را که در طول بیداری انباشته شدهاند، میشوید و از این اندام حیاتی خارج میسازد. با این حال، پرسش اساسی همواره این بوده است: چه نیرویی این مایع را به جریان درمیآورد؟
مطالعهای تازه روی موشها که در مجلهٔ معتبر Cell منتشر شده، پاسخی قانعکننده ارائه میدهد. بر اساس این پژوهش، انقباضهای منظم رگهای خونی مغز—که بهوسیلهٔ آزادسازی دورهای یک مادهٔ شیمیایی بسیار شبیه به آدرنالین تحریک میشوند—مانند یک پمپ عمل کرده و این مایع را در مغز به گردش درمیآورند.
«این علم واقعاً درخشان است»، سوزانا هرکولانو-هوزل (Suzana Herculano-Houzel)، عصبشناس دانشگاه وندربیلت، که در این پژوهش نقشی نداشته، میگوید. «پژوهشگران قطعات مختلف شواهد را طوری کنار هم قرار دادهاند که در نهایت، تصویری بسیار قانعکننده از آنچه در مغزِ در حال خواب رخ میدهد، شکل میگیرد.»
این تیم پژوهشی همچنین به نتیجهای دست یافت که پیامدهای بالینی مهمی دارد: داروی خوابآور زولپیدم (Zolpidem) — که بیشتر با نام تجاری آمبین (Ambien) شناخته میشود — نوسانات طبیعی رگهای خونی مغز و در نتیجه، جریان مایعی را که این نوسانات ایجاد میکنند، تضعیف میکند. این یافته نشان میدهد که این دارو ممکن است توانایی مغز برای «پاکسازی شبانه» را کاهش دهد. از نگاه پژوهشگران، چنین نتیجهای میتواند راه را برای طراحی نسل جدیدی از داروهای خوابآور باز کند؛ داروهایی که خواب را القا میکنند، بیآنکه عملکرد پاک سازی مغز را مختل سازند.
برخلاف بسیاری از اندامهای بدن، مغز فاقد رگهای لنفاوی (Lymphatic vessels) است؛ شبکهای که در سایر بافتها وظیفهٔ جمعآوری و انتقال مایعات اضافی را بر عهده دارد. اما در سال ۲۰۱۲، مایکن ندرگارد (Maiken Nedergaard)، عصبشناس مرکز پزشکی دانشگاه راچستر، به همراه همکارانش سامانهای جایگزین را شناسایی کرد. در این سامانه، مایع مغزی–نخاعی (Cerebrospinal fluid, CSF)—مایعی که مانند یک لایهٔ محافظ مغز را در بر گرفته است—از طریق گذرگاههایی بسیار باریک در امتداد رگهای خونی به درون بافت مغز نفوذ میکند و در مسیر خود، پسماندهای متابولیک و مولکولهای ناخواسته را با خود میشوید و خارج میسازد. این مسیر تخلیه که سیستم گلایمفاتیک (Glymphatic system) نام دارد، طبق گزارش همان گروه پژوهشی، در طول خواب فعالتر میشود. مطالعات بعدی نیز نشان دادند که پاکسازی مؤثر گلایمفاتیک برای سلامت مغز حیاتی است؛ چرا که در بیماری آلزایمر و دیگر اختلالات تحلیلبرندهٔ عصبی، این گردش دچار اختلال میشود.
با این حال، همهٔ پژوهشگران با این تصویر کاملاً موافق نیستند. برای مثال، مطالعهای در سال ۲۰۲۴ مطرح کرد که پاکسازی مواد زائد ممکن است در حالت بیداری حتی سریعتر از خواب انجام شود؛ موضوعی که نشان میدهد این حوزه هنوز پرسشهای بیپاسخ فراوانی دارد.
در پژوهش جدید، ندرگارد و همکارانش تصمیم گرفتند دقیقتر بررسی کنند که چه عاملی مایع مغزی–نخاعی را در حال حرکت نگه میدارد. او توضیح میدهد که بیشتر مطالعات پیشین روی سیستم گلایمفاتیک در موشها، مستلزم بیهوشکردن حیوانات بوده است؛ شرایطی که شباهت چندانی به خواب طبیعی ندارد. برای حل این مشکل، تیم پژوهشی با روشی ظریف، الکترودها و فیبرهای نوری را بهطور جراحی در بدن موشها کاشتند. هرچند این حیوانات به کابلهایی متصل بودند، اما همچنان میتوانستند بهطور طبیعی به خواب بروند، در حالی که پژوهشگران بهصورت همزمان حجم خون مغز، فعالیت الکتریکی نورونها و سطح مواد شیمیایی را ثبت میکردند و حتی با نورِ منتقلشده از طریق فیبرهای نوری، گروههای خاصی از نورونها را فعال میساختند.
مطالعات پیشین نشان داده بود که سطح نوراپینفرین (Norepinephrine)—انتقالدهندهٔ عصبیای که از نظر شیمیایی تقریباً همسان با آدرنالین است و نقش مهمی در انقباض رگهای خونی دارد—در مغز موشها بهصورت ریتمیک بالا و پایین میرود و تقریباً هر ۵۰ ثانیه به اوج میرسد. ندرگارد و همکارانش مشاهده کردند که زمانی که موشها وارد مرحلهای از خواب به نام خواب غیر REM (Non-REM sleep) میشوند—مرحلهای که بدن در آن به ترمیم و نوسازی بافتها میپردازد—حجم خون در مغز نیز دچار نوسان میشود و با تأخیری اندک، تغییرات نوراپینفرین را دنبال میکند. این هماهنگی دقیق در حالت بیداری یا در مرحلهٔ دیگر خواب، یعنی خواب REM (Rapid Eye Movement sleep) که تثبیت خاطرات در آن رخ میدهد، بسیار ضعیفتر بود.
برای دنبالکردن مسیر حرکت مایع مغزی–نخاعی، پژوهشگران یک مولکول فلورسنت به حیوانات تزریق کردند؛ مولکولی که مانند ردیاب، جریان مایع را آشکار میسازد. نتایج نشان داد که سطح این مایع نیز در طول خواب غیر REM، همگام با نوسانات نوراپینفرین تغییر میکند. سپس برای آزمودن این فرضیه که آیا ضربانهای رگهای خونی واقعاً موتور محرک جریان گلایمفاتیک هستند یا نه، پژوهشگران ناحیهای از مغز موش را که مسئول تولید نوراپینفرین است، تحریک کردند. با این کار، ریتم ضربانها بهطور مصنوعی از هر ۵۰ ثانیه به هر ۱۰ ثانیه افزایش یافت. ردیابی مایع نشاندارشده آشکار کرد که در این شرایط، مایع مغزی–نخاعی عمیقتر به نواحی اطراف محل تولید نوراپینفرین نفوذ میکند.
ندرگارد این فرایند را چنین توصیف میکند: از آنجا که مغز درون جمجمهای سخت محصور شده است، انقباض و انبساط رگهای خونی مانند یک پمپ مکانیکی عمل میکند. وقتی پس از یک پالس نوراپینفرین، رگها منقبض میشوند، فضای خالی ایجادشده با ورود مایع مغزی–نخاعی پر میشود. سپس، با شلشدن رگها، این مایع به جلو رانده میشود و در بافت مغز به حرکت درمیآید.
اگرچه نوراپینفرین تنها بازیگر این صحنه نیست، ندرگارد میگوید: «ما احتمالاً مهمترین محرک جریان گلایمفاتیک در خواب غیر REM را شناسایی کردهایم.» او اشاره میکند که پژوهشهای اخیر نشان دادهاند انسانها نیز، مانند موشها، در طول خواب نوساناتی در آزادسازی نوراپینفرین و ضربان رگهای خونی دارند؛ بنابراین بعید نیست همین سازوکار پمپاژی در مغز انسان نیز فعال باشد.
لورا لوئیس (Laura Lewis)، عصبشناس مؤسسهٔ فناوری ماساچوست (MIT) که در این پژوهش مشارکت نداشته، میگوید: «به نظر من این یک پیشرفت مهم است. این مطالعه از نخستین تلاشهایی است که نشان میدهد یک مدار عصبی مشخص چگونه میتواند این فرایند حیاتی را تنظیم کند.»
اما این سازوکار ظریف میتواند توسط داروها مختل شود. پژوهشهای پیشین نشان داده بودند که زولپیدم میتواند الگوی فعالیت مغز در طول خواب و مدت مراحل مختلف آن را تغییر دهد. به همین دلیل، ندرگارد و همکارانش اثر این دارو را در موشها بررسی کردند. نتایج نشان داد زولپیدم نوسانات نوراپینفرین را کاهش میدهد و نفوذ مایع مغزی–نخاعی به درون بافت مغز را محدود میکند.
با وجود این، زولپیدم همچنان یکی از پرمصرفترین داروهای خوابآور است. ندرگارد، هرکولانو-هوزل و لوئیس همگی تأکید میکنند که این یافتهها نباید باعث شود افراد مصرف دارو را خودسرانه قطع کنند. به گفتهٔ لوئیس: «آنچه واقعاً اهمیت دارد، این است که بررسی اثرات این دارو در مطالعات انسانی به یک اولویت پژوهشی تبدیل شود»، تا مشخص گردد آیا اثرات مشاهدهشده بر پاکسازی مغز در انسان نیز به همان شکل رخ میدهد یا خیر.
منابع:
Leslie M. How a neurotransmitter drives brainwashing during sleep. Science. 2025 Jan 10;387(6730):127. doi: 10.1126/science.adv7965. Epub 2025 Jan 9. PMID: 39787213.
یوتیوب مصرفی