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

Rakovina mozku nemusí začínat bolestí hlavy, upozorňuje lékařka

Rakovinou mozku sice v Česku onemocní ročně „jen“ několik stovek lidí, ale je to přes pokrok v medicíně stále velmi ničivá diagnóza. Pomáhají nejen nové léky, ale také lepší diagnostika a také práce s pacienty.
před 5 hhodinami

„Jsme krávy budoucnosti,“ míní historik Harari. Varuje před AI migranty

Umělé inteligence mění zásadním způsobem svět, upozornil v pořadu Hyde Park Civilizace historik a intelektuál Yuval Noah Harari. Západní svět se podle něj sice obává migrantů ze zemí třetího světa, ale ve skutečnosti za mnohem nebezpečnější označil mnohem cizejší AI migranty, kteří doopravdy berou lidem práci.
před 8 hhodinami

Japonsko vyšle sondu na Phobos

Japonská agentura pro výzkum vesmíru (JAXA) se tento týden chystá vyslat sondu na jeden ze dvou měsíců Marsu – Phobos. Slibuje si od toho poznatky o vzniku obou měsíčních souputníků této planety. Mise, která má trvat pět let, by také mohla pomoci objasnit původ života ve Sluneční soustavě, napsala agentura AP.
před 10 hhodinami

Nástup bakterií odolných proti antibiotikům je pomalá pandemie, říká přední expert

Odolnost bakterií proti antibiotikům představuje rostoucí hrozbu pro globální zdraví, protože snižuje účinnost léčby zachraňující životy a současně vystavuje lidi zvýšenému riziku, ať už v souvislosti s běžnými infekcemi, nebo s rutinními lékařskými zákroky, varuje Světová zdravotnická organizace (WHO). Jak vážný je to problém a jaké možnosti má věda k dispozici, vysvětluje přední expert na toto téma.
před 12 hhodinami

Ničení amazonského pralesa v Brazílii kleslo na minimum za skoro čtyřicet let

Rozsah ničení amazonského pralesa v Brazílii klesl v uplynulých dvanácti měsících na minimum od začátku měření v roce 1988. Uvedl to brazilský ústav INPE, který tyto údaje celou dobu shromažďuje. Meziročně plocha zničeného amazonského pralesa v Brazílii klesla o 42 procent.
před 12 hhodinami

Plzeňští lékaři využívají unikátní metodu k přesnější diagnostice rakoviny slinivky

Fakultní nemocnice Plzeň oznámila světové prvenství v onkologické diagnostice. Začala kombinovat radiofarmakum 68Ga-Trivehexin s vyšetřením PET/MRI, které spojuje pozitronovou emisní tomografii a magnetickou rezonanci. Nový postup umožňuje přesněji zobrazit nádor a odlišit ho od okolní zánětlivé tkáně.
před 15 hhodinami

Napoleonův tajný dopis z roku 1809 dešifrovala AI za pár hodin

Když francouzský císař Napoleon Bonaparte nařídil sepsat válečný dopis v šifře, vznikla hádanka, která byla nevyřešená více než 200 let. Dokud ji umělá inteligence (AI) nerozluštila během několika hodin. Ať už jde o dešifrování korespondence nebo o to, aby promluvily starověké ohořelé papyry, AI otevírá nové cesty pro historický výzkum, napsala agentura AFP.
17. 10. 2026‌‌

Nejstarší vražda? Archeologové popsali neandertálce zabitého před 75 tisíci lety

Kruhový otvor v lopatce neandertálce, jehož kosti vědci našli v jeskyni v iráckém Kurdistánu, může být nejstarším známým příkladem úmyslného zabití člověka jiným člověkem. Podle nové studie se to stalo asi před 75 tisíci lety.
17. 10. 2026‌‌

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.