Bdící mozek zvládne šlofíka, popsal výzkum „blikání“

Mozek může naplno pracovat, ale jeho malé oblasti přitom mohou poklidně spát. A také během spánku se některé jeho regiony bleskurychle probouzejí a bdí, prokázala studie, která zkoumala tento fenomén pomocí umělé inteligence.

Spánek je pro člověka jedním z nejpodivnějších stavů: na třetinu dne přijde o své vědomí, propadne do temnoty, z níž k němu promlouvají jen matoucí a mnohdy děsivé sny. Není divu, že staré kultury dávaly spánku a snům zvláštní význam. Moderní věda ho ale studuje a zjišťuje o něm spoustu pozoruhodných informací.

Klasickou metodou pro studium spánku je sledování mozkových vln. Spánek je typický pomalými dlouhotrvajícími vlnami, jež se šíří celým mozkem. Nový výzkum biologů z Washingtonovy univerzity v St. Louis teď ale ukázal, že spánek se dá detekovat i podle vzorců extrémně krátké aktivity neuronů, která trvá pouhé milisekundy.

Díky tomu zaznamenali i jev, jehož si dříve nevšimli: při spánku některé oblasti mozku vykazují vědomí, ale existuje i opak, kdy při plném vědomí některé regiony upadají do stavu, jenž se dá popsat jako spánek. „Překvapilo nás, že různé části našeho mozku si ve skutečnosti trochu zdřímnou, když je zbytek mozku vzhůru,“ konstatoval jeden z autorů studie David Haussler.

Bez AI by to nešlo

Veškerá tato mozková aktivita je natolik detailní a přitom komplexní, že pro člověka není možné se v ní zorientovat. Vědci si pomohli tím, že čtyři roky trénovali specializovanou umělou inteligenci, kterou vycvičili na obrovském množství dat o mozkových vlnách. Ta pak byla schopná odhalit i vzorce, jež se vyskytují v extrémně vysokých frekvencích, které nebyly nikdy předtím popsány a zpochybňují základní, dlouho zažité představy o neurologickém základu spánku a bdění.

Vědci pod Hausslerovým vedením pracovali s myšmi. Těm nasadili maličké helmy, jež po několik měsíců zaznamenávaly aktivitu z deseti různých oblastí mozku a s mikrosekundovou přesností sledovaly změny napětí malých skupin neuronů. Takové množství vstupních dat vytvořilo petabajty údajů, jimiž se pak prokousávala výše popsaná umělá inteligence.

„Vidíme informace na takové úrovni detailu, která nemá obdoby,“ popsal výsledky Haussler. „Dříve jsme si mysleli, že tam nic nenajdeme, že všechny relevantní informace jsou v pomalejších frekvenčních vlnách. Tato práce nám ale říká, že pokud ignorujeme konvenční měření a podíváme se jen na detaily měření vysokých frekvencí v průběhu pouhé tisíciny sekundy, je tam dost informací na to, abychom zjistili, jestli tkáň spí, nebo ne. To nám říká, že se něco děje na velmi rychlém měřítku – to je nový náznak toho, co všechno se může ve spánku odehrávat.“

Na základě těchto údajů se vědcům podařilo zjistit, že základním prvkem spánku, který model detekuje, je superrychlý vzorec aktivity mezi několika málo neurony. Velké vlny, jež byly až doposud se spánkem spojené, jsou tedy podle tohoto výzkumu jen projevem těchto drobných změn. Autoři to přirovnávají k „mexickým vlnám“, které dělají diváci na sportovcích utkáních. Dříve se dařilo detekovat jen pohyb vlny, teď vědci vidí i pohyb jednotlivých „osob“, které za vlnou stojí.

Bdění, spaní, blikání

Při dalším studiu těchto droboučkých vzorců aktivity si vědci začali všímat podivných anomálií, které jim připadaly jako chyby v datech. Model totiž na zlomek sekundy detekoval bdění v jedné oblasti mozku, zatímco zbytek mozku zůstal spát. A to stejné platilo i v opačném gardu: na zlomek sekundy jedna oblast usnula, zatímco zbytek oblastí byl vzhůru. Tento jev označili jako „blikání“.

„Existuje přirozená hypotéza, že malá část vašeho mozku sklouzne do spánku, zatímco jste vzhůru – znamená to, že vaše chování najednou vypadá, jako byste spali. Začali jsme si všímat, že se to stává dost často,“ uvedli autoři.

Při pozorování myší si vědci všimli, že když některá oblast mozku přejde do režimu spánku, zatímco zbytek mozku je vzhůru, myš se na vteřinu zastaví. „Blikání“ během spánku, kdy se jedna oblast mozku probudila, se zase projevilo tím, že zvíře sebou ve spánku škublo.

Toto blikání je podle autorů překvapivé hlavně tím, že se neřídí dobře známými pravidly, podle nichž je přechod mezi bdělostí a spánkem (a opačně) postupný. Jenže blikání je skokové, přechází rázem mezi nejrůznějšími fázemi spánku, což porušuje všechny popsané zákonitosti spánku shromážděné za více než sto let studia.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Brněnští vědci objevili sloučeninu, která by neměla existovat

Podle dosavadních poznatků by vůbec neměly existovat. Řeč je o hydrátech chloridu cesného. Přesto vědkyně a vědci z Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ve spolupráci s odborníky z Innsbrucké univerzity jejich existenci dokázali. Klíčem k přípravě je speciální způsob mražení.
před 18 hhodinami

Česká vojenská družice SATurnin poprvé vyfotila Prahu

Česká družice SATurnin-1, která slouží na oběžné dráze službám ministerstva obrany, poslala snímek Prahy. Družice je na orbitě od ledna letošního roku a právě pořizování fotografií je jejím hlavním úkolem.
před 20 hhodinami

Když kosatky vybily žraloky u JAR, kaskádovitě to poznamenalo ekosystém

Mořští biologové získali jedinečnou příležitost prostudovat, co se stane po zmizení vrcholného predátora z jeho původního loviště, a to na případu velkých bílých žraloků u Jihoafrické republiky. Ukázalo se, že to má dopad rovnou na několik pater potravní pyramidy.
včera v 06:00

Island zasáhly stovky zemětřesení, vulkán u Grindavíku opět chrlí lávu

Poblíž islandského města Grindavík se otevřela sopečná trhlina a začala se z ní valit láva. Úřady předtím zaznamenaly na poloostrově Reykjanes, kde Grindavík leží, stovky malých zemětřesení a evakuovaly v předstihu čtyřicet domů v Grindavíku i přilehlé geotermální lázně Modrá laguna, informují agentury.
1. 4. 2025

Goliášové vymírají. Jejich Davidem jsou káva a pytláci

Jedněm z největších brouků na světě – vrubounům goliášům – hrozí v Pobřeží slonoviny vyhynutí, píše deník Le Monde. Může za to odlesňování tamní krajiny, na níž vznikají plantáže na pěstování kakaa a kávy, a používání pesticidů. Tento hmyz přitom sehrává důležitou úlohu v lesním ekosystému. Nebezpečím jsou i pytláci.
1. 4. 2025

O víkendu hrozí silné mrazy, meteorologové se bojí o ovoce

Do Česka může o víkendu dorazit velmi studený arktický vzduch, v noci bude mrznout. Letošní úroda meruněk, případně dalších už kvetoucích ovocných stromů je tak s velkou pravděpodobností opět v ohrožení. Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ) uvedl, že kritické by mělo být hlavně nedělní ráno a následující noci na začátku příštího týdne. Jak moc teploty klesnou pod nulu, budou meteorologové ještě v příštích dnech upřesňovat.
1. 4. 2025

Český výzkum našel nový způsob, jak buňky řeší stres. Může to pomoci v léčbě

Nově objevený mechanismus reakce buňky na stres může pomoct při léčbě vzácných genetických onemocnění. Příkladem může být takzvaná leukodystrofie, což je skupina onemocnění s poškozením v centrálním nervovém systému. Vyplývá to z nové studie vědců z Mikrobiologického ústavu Akademie věd ČR, která vyšla ve vědeckém časopise Nature.
1. 4. 2025

Raketa SpaceX vynesla na polární oběžnou dráhu čtyři astronauty

Raketa Falcon 9 společnosti SpaceX vynesla na polární oběžnou dráhu čtyři astronauty v rámci několikadenní soukromé mise Fram2. Velitelem posádky je maltský podnikatel v kryptoměnách Chun Wang, informovaly světové agentury. SpaceX se misí zapsala do historie kosmonautiky, neboť jako první vyslala lidskou posádku na polární orbitu, což doposud nikdo jiný neučinil.
1. 4. 2025Aktualizováno1. 4. 2025
Načítání...