Deprivacija spanja in kognitivne funkcije. Sleep deprivation and cognitive functions

Transcription

1 Deprivacija spanja in kognitivne funkcije Sleep deprivation and cognitive functions Klara Praprotnik, Marko Možina, Aleš Kogoj Izvleček O pomenu spanja za živa bitja obstajajo številne teorije, mnogo stvari pa je še nepojasnjenih. Po teoriji obnove naj bi se med spanjem obnavljala telesna in možganska tkiva, pomembna je tudi teorija utrditve spomina. Fiziološko zaspanost uravnavata predvsem cirkadiani ritem in homeostatska regulacija. Subjektivno zaspanost poleg fi ziološke zaspanosti določajo še dejavniki iz okolja. V grobem ločimo pet kognitivnih funkcij: spomin, pozornost, jezik, višje senzorno zaznavanje in izvršilne sposobnosti. Rezultat njihovega sodelovanja je adaptirano oziroma koherentno vedenje. Vsaka izmed njih ima osnovo na celični ravni in je v splošnem vezana na specifi čne predele v možganih. Pomanjkanje spanja je vzrok za upad številnih kognitivnih sposobnosti, kar so dokazali v številnih raziskavah. Najpogosteje omenjani testi, ki so občutljivi na nespanje, so: Stroopov test, Sternbergov test in Test za merjenje enostavnega reakcijskega časa. Abstract Many theories exist about the importance of sleep for living organisms, but numerous aspects of sleep remain unknown. The theory of regeneration claims that during sleep the whole body as well as brain regenerate. Physiological sleepiness is regulated by circadian rhythm and homeostatic regulation, while subjective sleepiness depends on environmental factors as well. Major cognitive functions can divided into fi ve domains: memory, attention, language, high-level sensing and executive functions. Each cognitive domain operates in its specifi c brain regions. The result of their synergystic functioning 68 is coherent behavior. A great many studies have proven that sleep deprivation impairs cognitive functioning. Most often defi cits after sleep deprivation have been observed on Stroop's test, Sternberg's test and simple reaction time test. Spanje O spanju so začeli razmišljati že davno. Pred 2000 leti je Lukrecij označil spanje za odsotnost budnosti. Machnis je leta 1830 predlagal nekoliko drugačno defi nicijo: spanje je prekinitev senzorične moči, zaradi česar so odsotne zavedne funkcije, avtonomne funkcije pa so ohranjene. Danes vemo,

2 da je spanje posledica tako pasivne prekinitve aferentnih signalov, kot tudi aktivacije nekaterih nevronov v določenih predelih možganov. O pomenu spanja za živa bitja biološki funkciji spanja obstajajo številne teorije, mnogo stvari pa je še nepojasnjenih. Po teoriji obnove naj bi se med spanjem obnovila telesna in možganska tkiva. Ta proces poteka predvsem v 3. in 4. fazi NREM-spanja (spanje brez hitrih očesnih gibov), za kateri so značilni počasni valovi (delta). Za tidve fazi spanja je namreč značilno povečano sproščanje anaboličnih hormonov (rastni hormon, prolaktin, testosteron) in nižja raven katabolnih hormonov (kortizol). Poleg tega to teorijo podpira tudi občutek svežine ob prebujanju. Pomembna je tudi teorija utrditve spomina. Procesi utrjevanja spomina naj bi potekali predvsem v fazi REM-spanja (faza spanja s hitirimi očesnimi gibi). V študijah so namreč dokazali, da se je pri preiskovancih s selektivno deprivacijo REMspanja poslabšalo perceptualno učenje. Poleg tega poznamo še teorijo o ohranjanju energije, teorijo prilagoditve, teorijo termoregulacijske funkcije in teorijo integritete sinaptične mreže. Po slednji naj bi bila primarna funkcija spanja ohranjanje integritete nevronske mreže. Spalno-budnostni centri se nahajajo v hipotalamusu. Nevroni, ki spodbujajo spanje, se nahajajo v preoptičnem predelu sprednjega hipotalamusa; nevroni, ki spodbujajo budnost, pa se nahajajo v posteriornem predelu. Spanje je posledica pasivnih in aktivnih procesov v možganih, ki v NREM-fazi pripeljejo do zmanjšanja aferentnih aktivnosti možganov in inhibicije ascendentnega retikularnega aktivirajočega sistema. Za indukcijo spanja je odgovorna tudi zmanjšana aktivnost hipokretina, ki se sprošča iz nevronov lateralnega hipotalamusa. Spanje moramo ločiti od kome. Pri komi gre za izgubo funkcije možganov, pri čemer se zmanjša tudi metabolizem v možganih. Nasprotno je 69 spanje reverzibilen proces, med katerim se poraba kisika in metabolizem v možganih ne spremenita. Spanje danes defi niramo na podlagi vedenjskih (odsotnost gibanja, zaprte oči, zmanjšan odziv na zunanje dražljaje, daljši reakcijski čas itd.) in fi zioloških (značilnosti na EEG, elektro-okulografi ji, EMG, fi ziološke spremembe cirkulacije in ventilacije) značilnosti. Za nastop spanja so značilne težke veke, ugašanje senzorike, nesposobnost videti, slišati in presojati stvari na logični način. Temu stanju rečemo tudi

3 predormitum. Spanje v osnovi razdelimo na NREM- in REM-spanje. Oba tipa se izmenjujeta, pri čemer en cikel traja minut. V prvi tretjini normalne spalne epizode prevladuje NREM- -spanje, v zadnji pa REM-spanje. NREM-spanje glede na EEG-značilnosti razdelimo na 4 faze. V fazi N1 se lahko pojavljajo hipnagogne halucinacije. Za fazo N2 so na zapisu EEG značilna spalna vretena in K-kompleksi. Fazi 3 in 4, za kateri so značilni počasni delta valovi, imenujemo tudi spanje s počasnimi valovi. NREM-spanje normalno predstavlja % spalnega časa (če gre za obnovitveni spanec po akutni deprivaciji, je ta odstotek še višji) (1). REM-spanje predstavlja % spalnega časa. Za to spanje so značilni hitri očesni gibi, nihanje krvnega pritiska in srčne frekvence ter hipotonija/ atonija glavnih mišičnih skupin in depresija refl eksov. EEG-posnetek je desinhroniziran. V REM-spanju se odvija večina sanj. Regulacija spanja poteka prek različnih mehanizmov. Fiziološko zaspanost uravnavata predvsem cirkadiani ritem in homeostatska regulacija. Cirkadiani ritem pri človeku traja 25 ur. Mesto biološke ure je v suprakjazmatnem jedru hipotalamusa, ki dobiva informacije prek retinohipotalamičnega trakta, iz zgornjega cervikalnega ganglija in češarike (melatonin, ki se sprošča iz češarike, je pomemben modulator človeškega cirkadianega ritma). Trajanje predhodne budnosti tudi določa nagnjenost k zaspanosti in posledično spanju ta proces imenujemo homeostatska regulacija. Subjektivno zaspanost poleg fi ziološke zaspanosti določajo še dejavniki iz okolja (glasna glasba, zibanje na gugalniku itd.). Ob določeni stopnji zaspanosti lahko človek do določene mere hoteno vpliva na to, ali bo zaspal ali pa bo ostal buden (1). Posledice pomanjkanje spanja so različne. Zaspani ljudje so slabše storilni na delu ali v šoli. Zaradi prekomerne dnevne zaspanosti je slabša kakovost življenja in slabše vzpostavljanje socialnih stikov. Zaspanost je vzrok številnim 70 nesrečam predvsem na cesti, pa tudi drugod in tako vpliva na obolevnost in smrtnost. Vse naštete posledice pomanjkanja spanja pa nastanejo zaradi vpliva na višje možganske funkcije. Pomanjkanje spanja je vzrok za upad številnih višjih možganskih funkcij. Kognitivne funkcije S kognitivnimi funkcijami se ukvarja več disciplin (vedenjska nevrologija, nevropsihologija, eksperimentalna kognitivna psihologija, kognitivna

4 nevroznanost). Vsaka obravnava in defi nira kognitivne funkcije posledično kognitivne motnje na svoj način. Kognitivne funkcije, katerih posledica je adaptirano oziroma koherentno vedenje, imajo osnovo na celični ravni in so do določene mere vezane na specifi čne predele v možganih (2). V grobem ločimo pet kategorij kognitivnih funkcij: spomin, pozornost, jezik, višje senzorno zaznavanje in izvršilne sposobnosti. Spomin omogoča, da nas izkušnje oblikujejo, spreminjajo naše možgane in naše vedenje. Predstavlja kodiranje, shranjevanje in priklic informacij. Glede na to, da imajo možgani omejitve glede količine informacij, ki jih procesirajo v določenem trenutku, obstaja selekcijski proces, ki izbere informacije za nadaljnje procesiranje. Imenujemo ga pozornost. Selekcija informacij poteka na dva načina: procesi bottom up zaradi izstopajočih dražljajev in procesi top down zaradi dražljajev, ki so pomembni s svojimi povezavami. Jezik večina pojmuje kot kognitivno sposobnost, ki je izključno človekova domena. Je sredstvo in le eden od načinov komunikacije, s katerim navezujemo stike z drugimi na abstrakten način, z namenom, da bi vplivali na njihovo mišljenje in vedenje. 71 Prepoznavanje objektov ter uvrščanje objektov v prostor (lokalizacija točk v prostoru, zaznavanje globine, določanje orientacije črt, razumevanje geometrijskih odnosov med deli objekta in med objekti, zaznavanje gibanja in mentalna rotacija objektov) nam omogoča višje senzorno zaznavanje. Izvršilne sposobnosti pomenijo niz sorodnih in medsebojno povezanih kognitivnih funkcij oziroma sposobnosti, ki služijo koordiniranju bazičnih kognitivnih sposobnosti (zaznavanje, spomin itd.) in čustev pri reguliranju vedenjskih odgovorov na zahteve okolja (3). Kje v možganih imajo kognitivne funkcije svoje mesto? Implicitni spomin: mali možgani in bazalni gangliji. Kratkoročni oziroma delovni spomin: prefrontalno področje, vidna in slušna skorja.

5 Dolgoročni spomin: predvsem hipokampus, entorinalna in peririnalna skorja ter parahipokampalni girus. Pozornost: retikularni aktivirajoči sistem (RAS), zgornji kolikulus v mezencefalonu, talamus, parietalni možganski reženj, sprednja skorja cinguluma in frontalni možganski reženj. Jezik: zadajšnji del levega zgornjega temporalnega girusa, levega spodnjega frontalnega girusa, konceptualno znanje pa je kodirano v široko razpršenih kortikalnih področjih obeh hemisfer, zlasti v posteriornih senzornih asociacijskih področjih. Izvršilne sposobnosti: prefrontalna, mezialna temporalna in desna somatosenzorna področja. Višje senzorno zaznavanje: od primarne vidne skorje proti spodnjim okcipitalnim predelom in naprej proti sprednjim temporalnim predelom, vidna asociacijska skorja, področja možganske skorje od primarne vidne skorje do parietalnih področij. Dosedanje raziskave V dosedanjih raziskavah v povezavi z deprivacijo spanja in kognitivnimi funkcijami so dokazali, da deprivacija spanja povzroča upad kognitivnega delovanja. Za ugotavljanje oziroma dokazovanje tega so uporabili različne načine. 72 V nekaterih raziskavah so opazovali razliko rezultatov kognitivnih testov pred neprespano nočjo in po njej. Najpogosteje omenjani testi, ki so občutljivi na odtegnitev spanja in so jih prostovoljci reševali po neprespani noči, so (4): Stroopov test, Sternbergov test in Test za merjenje enostavnega reakcijskega časa (tabela 1). Kažejo na upad pozornosti, delovnega spomina ter višjih izvršilnih sposobnosti, ne izključujejo pa upada tudi ostalih kognitivnih funkcij. Za spremljanje upada specifi čnih kognitivnih funkcij omenjajo v raziskavah poleg zgornjih treh testov še druge, ki so različno občutljivi na odtegnitev spanja. Tabela 1. Vpliv odtegnitve spanja pri nekaterih pogosteje uporabljanih testih. P pogosto poslabšanje testnih rezulatov, N ni spremembe (4). POZORNOST VIDNOMOTORNE SPOSOBNOSTI Enostavni reakcijski čas P Test sledi P Zaporedno seštevanje/odštevanje P Labirint test P Vidno-prostorska pozornost P Test šifriranja N DELOVNI SPOMIN GOVORNE SPOSOBNOSTI

6 Ponavljanje številk nazaj P Logično sklepanje P, N Sternbergov besedni spominski test P Test prepoznavanja črk P Ponovitev besed N Besedna fl uentnost N DOLGOROČNI SPOMIN INHIBICIJA VEDENJA Test pomnjenja besed P Test naredi ne naredi P Učenje parov besed P Stroopov (barva beseda) test P Test pomnjenja obrazov N SPOSOBNOST ODLOČANJA Kritično mišljenje P Naloge odločanja P V drugih raziskavah pa so spremljali možgansko aktivnost posameznikov med reševanjem kognitivnih testov in ugotovili zmanjšano aktivnost predvsem frontoparietalnega predela, sprednje vidne skorje, prefrontalnega korteksa in parahipokampalnega predela (5). Manjša aktivnost predvsem teh predelov sovpada z upadom prej navedenih kognitivnih funkcij. Obstajajo tudi študije, ki so hipotezo, da 24-urna deprivacija spanja povzroča upad kognitivnega delovanja, ovrgle. Morebitni vzroki za to so premajhen vzorec, nezadovoljiva predhodna kontrola spanja in jemanje poživil pred testiranjem. 73 Zaključek Kakor potrjujejo številne raziskave, deprivacija spanja povzroča upad kognitivnega delovanja, posledica česar je slabša storilnost na delu ali v šoli, slabša kakovost življenja in slabše vzpostavljanje socialnih stikov. Zaspanost je vzrok številnim nesrečam predvsem na cesti, pa tudi drugod. Literatura 1. Oyebode F. Sims Symptoms in the Mind. Philadelphia: Saunders; Bear MF, Connors BW, Paradiso MA. Neuroscience. Philadelphia: Lippincott Williams&Wilkins; Logar M, Žmitek A, Kogoj A. Možnosti preverjanja kognitivnih funkcij pri bolnikih v klinični praksi [specialistična naloga]. Ljubljana: Medicinska fakulteta; Alhola P, Polo-Kantola P. Sleep deprivation: Impact on cognitive performance. Neuropsychiatric Disease and Treatment 2007; 3 (5): Ratcliff R, Van Dongen H. Sleep deprivation affects multiple distinct cognitive processes. Psychon Bull Rev. 2009; 16 (4):