Sisäinen kello käy yksilöllisesti

On selvää, että nukkumisen ja pimeän ja valoisan vuorokaudenajan vaihtelun välil­lä on riippuvuussuhde. Eläimillä – ja kasveilla – on niiden fysiologisia ja biokemiallisia prosesseja rytmittävä biologinen eli sisäinen kello, joka myös vaikuttaa yksilöiden käyttäytymiseen.

Ajastimen taustalla on perimä. Geenit säätelevät monimutkaisten vuoro­vaikutussuhteiden kautta toistensa toimintaa ja aktivoituvat ja passivoituvat määräajoin. Sisäisen kellon kierros vastaa jokseenkin vuorokautta, mutta sen käyntiin vaikuttaa valo. Vaikka kello joskus edistäisi tai jätättäisi, vakavia ongelmia ei synny kovin helposti, sillä tarjolla on kaksi luonnollista rukkausajankohtaa: keskipäivä ja keskiyö.

Sisäinen ajastin toimii aivojen hypotalamukseksi kutsutussa osassa. Tämä syvällä isoaivojen sisällä sijaitseva alue antaa aikamerkkejä muulle keskushermostolle. Biologiseen kelloon liittyy myös eräänlainen sisäinen termostaatti, jonka tehtävänä on saada ihminen tuntemaan olonsa väsyneeksi tietyn valveillaoloajan jälkeen. Osa hypotalamuksen soluista taas pitää yllä valvetilaa erittämällä virkistävää oreksiini-nimistä hormonia.

Unihäiriö heikentää elämänlaatua

Valveillaoloaikana aivorungosta vapautuu myös väsyttävää adenosiinia. Sitä mukaa kuin sen pitoisuus keskushermostossa kasvaa päivän mittaan, oreksiinin vaikutus heikkenee. Jossain vaiheessa olo ei tunnu enää virkeältä.

Adenosiini ja oreksiini eivät ole kuitenkaan ainoita aineita, jotka säätelevät uni-valverytmiä. Mer­kitystä on muun muassa melatoniinilla, jota kutsutaan usein myös pimeähormoniksi. Jos luontainen uni-valverytmi häiriintyy nukkumattomuuden takia, syntyy univelkaa.

Nykyään tunnetaan jo koko joukko niitä perintötekijöitä ja aivojen osia, jotka säätelevät uni-valverytmiä. Jos avaingeenit muuttuvat mutaation, vamman tai sairauden vaikutuksesta, seurauksena voi olla vakavia unihäiriöitä.

Italialainen lääkäri Roberto Vetrugno Bolognan yliopistosta kertoi vuonna 2009 kahdesta noin 50-vuotiaasta potilaastaan, joilla oli monisysteemiatrofia eli MSA. Kyseessä on keskushermostoa rappeuttava oireyhtymä, jossa hermosoluja tuhoutuu tietyiltä aivoalueilta. Vetrugnon kuvaamissa tapauksissa solukato oli sekoittanut uni-valverytmin niin, että nukkumisesta ei tahtonut tulla mitään.

Sen sijaan, että Vetrugnon potilaat olisivat nukahtaneet normaalisti, he vaipuivat hyvin rauhalliseen olotilaan. Sen aikana heidän aivoissaan esiintyi samankaltaisia aaltoja kuin tavallisesti neljän eri univaiheen kuluessa.

Kummallakin potilaalla esiintyi vain N1-vaiheen kevyttä unta ja REM-unta. Pari minuuttia kerrallaan kestävät unennäkövaiheet olivat poikkeuksellisen levot­tomia: potilaat pyörivät, liikehtivät laajasti ja puhuivat tai huusivat. Yö­leponsa aikana he myös havahtuivat valveille moneen otteeseen sekavina. Magneettikuvaus paljasti, että MSA oli vaurioittanut kummankin potilaan aivorunkoa. Siksi uni-valverytmin säätelyjärjestelmä ei toiminut normaalisti ja yölepo oli häiriintynyt pahoin.

Nukahtelua kesken työpäivän

Yleisempi biologisen kellon sekoittava unihäiriö on narkolepsia. Se johtuu siitä, että hypotalamuksesta puuttuu oreksiinia tuottavia soluja. Tästä seuraa, että vireystilaa on vaikea säilyttää. Narkolepsia ilmeneekin äkillisenä nukahteluna. Vaikka narkoleptikko ottaa torkut, hän uuvahtaa usein pian uudestaan. Kun häntä alkaa väsyttää, hänen on monesti mahdotonta välttää nukahtamista.

Myös vuorokausirytmiin vaikuttavia oireyhtymiä tunnetaan. Muun muassa suvuit­tain esiintyvä aikaistuneen uni­jakson oireyhtymä FASPS (familial advanced sleep-phase syndrome) saa ihmisen kömpimään vuoteeseen keskimäärin neljä tuntia tavallista aikaisemmin. Se ei lisää eikä vähennä unentarvetta, joten FASPS-ihmiset ovat kirjaimellisesti illantorkkuja ja aamunvirkkuja.

Uni vähentää vapaita radikaaleja

Vaikka uni- ja valvetilan vaihtelua vuorokauden aikana säätelevistä mekanismeista tiedetään jo yhtä ja toista, nukkumisen perimmäisestä tarkoituksesta ei olla vielä kovin hyvin perillä. Siitä huolimatta, että Siegel on esittänyt eläinten nukkuvan joutilaisuuttaan, hän on saanut tutkimuksissaan viitteitä myös aivan toisenlaisista vaikuttimista.

Äkkiseltään voisi luulla, että eläin tarvitsee sitä enemmän unta mitä kookkaampi se on. Siegel on kuitenkin todennut, että ne pienet lajit, joiden pinta-ala on painoon nähden suuri ja jotka joutuvat ruumiinlämmön säilyttämiseksi hankkimaan paljon ravintoa, nukkuvat yleensä isoja enemmän. Nyrkkisäännön mukaan unentarve pienenee 1,5 tuntia vuorokaudessa aina painon kymmen­kertaistuessa. Siegel pitää ristiriitaa näen­näisenä: juuri helposti kylmästä kärsivien pieneläinten kannattaa säästää energiaa nukkumalla paljon pesässä.

Pienten eläinten nopeasta aineenvaihdunnasta kuitenkin seuraa, että niiden elimistössä syntyy kosolti herkästi reagoivia happiyhdisteitä, niin sanottuja vapaita radikaaleja, jotka vahingoittavat solukalvoja, proteiineja ja dna:ta. Siten niillä on merkittävä osa vanhenemisessa. Kun eläin nukkuu, aineenvaihdunta hidastuu. Tällöin sen elimistö saa mahdollisuuden tehdä kudoksiin kertyneistä vapaista radikaaleista vaarattomia. Siegel sai vuonna 2002 rottakokeissaan näyttöä siitä, että vapaiden radikaalien määrä aivoissa kasvaa, jos unentarvetta ei tyydytetä. Nukkuminen näyttää siis suojelevan hermosoluja vaurioilta.

Tutkimusten mukaan uni voi myös edistää uusien hermoyhteyksien muodostumista. Useiden taustalla olevien geenien on todettu aktivoituvan nukuttaessa ja passivoituvan univelan takia.

Uni tukee immuunijärjestelmää

Eläimiä ja ihmisiä tutkimalla on saatu viitteitä myös siitä, että immuunijärjestelmä tarvitsee unta toimiakseen hyvin. Monica Levy Andersen brasilialaisesta São Paulon liittovaltion yliopistosta selvitti vuonna 2007 rottakokeella, millainen vaikutus univelalla on valkosolujen määrään.

Rotat saivat kolmen viikon ajan nukkua vain 8–9 tuntia vuorokaudessa, vaikka niiden normaali unentarve on ainakin 12 tuntia. Kun koe päättyi, valvomaan pakotetuilla rotilla oli keskimäärin 20 prosenttia vähemmän valkosoluja kuin verrokeilla, jotka olivat saaneet nukkua tavalliseen tapaan.

Valkosoluihin kuuluvien imusolujen osalta muutos oli vielä suurempi, peräti 40 prosenttia. Imusoluilla on immuunijärjestelmässä monenlaisia erityistehtäviä, joita muut valkosolut eivät voi ottaa hoitaakseen. Valkosolupuutoksen tiedetään altistavan tulehduksille.

Vielä on pitkälti hämärän peitossa, miten univaje heikentää immuunijärjestelmää – ja muuttaa hormonieritystä. Koska biologinen kello vaikuttaa moniin fysiologisiin prosesseihin, muun muassa hormonien vapautumiseen, sillä voi olla osuus tapahtumasarjassa. Vaikka liian vähän nukkuminen ei välttämättä sekoitakaan sisäistä ajastinta, on mahdollista, että asioiden välillä on jokin yhteys.

Immuunijärjestelmän tukeminen ja hormonierityksen sääteleminen tuskin ovat tärkeimpiä syitä nukkumiseen. Mikään ei nimittäin viittaa siihen, että niitä ylläpitävien prosessien pitää tapahtua nimenomaan silloin, kun ihminen on tiedottomana unessa. Täytyy siis olla olemassa tehtävä tai tehtäviä, joita keho ei voi suorittaa valvetilassa.

Jan Born ja Susanne Diekelmann saksalaisesta Lyypekin yliopistosta uskovat tietävänsä, mistä tehtävästä on kysymys. He ovat tutkineet jo useiden vuosien ajan muistia ja havainneet, että eri univaiheilla on sen toiminnassa ratkaiseva osa.

Ihminen ja monet eläimet tallentavat uutta tietoa kahteen eri paikkaan: työ- ja kestomuistiin. Yksinkertaistaen voidaan sanoa, että työmuisti ei aikaile, vaan se siirtää sille tarjotun tiedon oikopäätä tila­päiseen varastoon. Tiedon säilytys­aika on kuitenkin hyvin lyhyt, jos asiaa ei pide­tä muistamisen arvoisena.

Jos taas seikkaa ei halu­ta unohtaa, se pitää siirtää kestomuistiin, joka ei sitten toimikaan enää yhtä vaivattomasti kuin työmuisti. Jotta tieto tallentuisi niin, että se voidaan myös palauttaa uudes­taan mieleen esimerkiksi oppimistarkoituksessa, sen pitää muodostaa aivoi­hin muistijälki, joka voi vahvistua. Tässä niin sanotussa konsolidaatioprosessissa uni vaikuttaa olevan avainasemassa.

Aivot kertaavat muistoja

Born ja monet muutkin tutkijat ovat saaneet kokeissaan viitteitä siitä, että kestomuisti käy unen aikana läpi muistoja kerta toisensa jälkeen. Siten asiat todella iskostuvat mieleen. Ehkä juuri tämä prosessi on nukkumisen tärkein syy. Diekelmann ilmaisee ajatuksen näin:
– Konsolidaatio voi tapahtua ainoastaan tiedottomassa tilassa, sillä se vaatii niiden samojen hermoverkkojen aktivoitumista, joita aivot käyttävät, kun ne käsittelevät tietoa valveillaoloaikana.

Jos asiat tallentuisivat kestomuistiin silloin, kun ihminen on valveilla, uuden oppiminen vaikeutuisi. Kestomuistihan selaisi kaiken aikaa vanhoja asioita eikä sillä olisi kovin kummoisia mahdollisuuksia ottaa vastaan tuoretta tietoa.

Saksalaistutkijoiden vuonna 2007 te­ke­mässä tutkimuksessa selvitettiin unen vaikutusta koehenkilöiden suoriutumiseen muistipelissä. Siinä oli 30 korttia, joista muodostui 15 kuvaparia. Tehtävänä oli kääntää nurin päin pöydälle asetetut kortit kaksi kerrallaan ja samalla painaa mieleen eri kuvaparien sijainti.

Testijärjestelyissä kiinnitettiin huomiota lepoon. Koehenkilöt saivat nukkua ennen toista yrityskertaa, jotta heidän kestomuistinsa voisi työstää korttien paikkaa koskevia tietoja. Oletuksena oli, että uni helpottaisi muistamista.

Tuoksu paljasti unen tehtäviä

Konsolidaation vahvistamiseksi osa koehenkilöistä altistettiin sekä pelin että yölevon aikana miellyttävälle ruusuntuoksulle. Hajusteen tarkoituksena oli luoda peliä koskevien muistojen ja tuoksun välille suora yhteys.

Tutkijat olettivat, että kestomuisti toimisi erityisen tehokkaasti, kun koehenkilö nukkuessaan aistisi tuoksun.

Siten korttien sijaintitiedot iskostuisivat mieleen niin, että ne muistuisivat vaivattomasti seuraavana päivänä. Hajusteen käyttöä tehostevälineenä puolsi taas se, että hajuaisti toimii hyvin myös nukuttaessa toisin kuin näkö- ja kuuloaistit.

Kokeen tulosten mukaan oppimis­tapahtumaan ja lepoon yhdistetty tuoksu helpottaa korttien järjestyksen palaut­tamista mieleen seuraavalla pelikerralla. Tämä tukee puolestaan oletusta, jonka mukaan unta tarvitaan asioiden tallentamiseen kestomuistiin. Tutkimus paljasti myös sen, mihin univaiheeseen varsinainen konsolidaatio ajoittuu.

Kävi ilmi, että oppiminen tehostuu vain silloin, kun koehenkilö altistetaan tuoksulle N3-vaiheessa, jolloin hän on syvässä unessa. Näitä jaksoja esiintyy enimmäkseen normaalin yölevon ensimmäisellä puoliskolla.

Sekä N3-vaiheen syvällä unella että REM-vaiheen unennäöllä vaikuttaa olevan merkitystä konsolidaatiolle. Näyttää kuitenkin siltä, että eri univaiheissa käsitellään erilaista muistiainesta.

Syvän unen aikana painuvat kestomuistiin erityisesti niin sanotut deklaratiiviset muistot, joilla tarkoitetaan tieto- ja tapahtumamuistiin tallentuvia asioita, kun taas unennäkövaiheessa konsolidoituu proseduraalinen eli suorituksia, lähinnä motorisia toimintoja, koskeva tieto. Proseduraalinen muisti on tietoisesta muistista riippumaton taitomuisti, jonka varassa ihminen pystyy esimerkiksi kävelemään tai ajamaan polkupyörällä.

Osa tutkijoista kuitenkin kyseenalaistaa unen ja muistin välisistä yhteyksistä tehdyt päätelmät. Muun muassa Siegel on liittynyt epäilijöiden joukkoon. Hän pitää ongelmana sitä, että havaintoja on tehty ihmisistä, jotka käyttävät unilääkkeitä, kärsivät tutkimuksen aiheuttamasta stressistä tai ovat saaneet aivovaurion. Siegelin mukaan tällaiset tekijät vaikuttavat aina oppimis- ja muistiprosesseihin. Lisäksi hän kritisoi sitä, että tiedeyhteistö on ohittanut vaikenemalla monet tutkimukset, joissa muistin ja unen välistä yhteyttä ei ole todettu.

Unien olemassaolo on arvoitus

Luontevalta tuntuvan selityksen mukaan unia nähdään siksi, että kestomuisti saa mahdollisuuden käydä uudestaan läpi päivällä koettuja asioita – eikä vähiten proseduraalisen muistin tarpeita silmällä pitäen. Proseduraalisia muistojahan työstetään nimenomaan unennäkövaiheessa. Silti ei ole lainkaan sanottua, että nämä kaksi asiaa liittyvät toisiinsa. Vielä tänäkin päivänä ollaan siinä tilanteessa, että unien olemassaolon syystä voidaan esittää vain valistuneita arvauksia.

Vuosien varrella on esitetty monenmoisia uniteorioita. Hyvin aikaa uhmanneen vanhan käsityksen mukaan unet heijastavat sitä, miten aivot karsivat heti unohdettavia asioita muistettavista.

Toisen näkemyksen mukaan unet syntyvät, kun aivot sepittävät joidenkin itsestään tajuntaan pulpahtavien satunnaisten muistojen välille yhteyden, jota ei siis ole olemassa todellisuudessa.

Kolmannen hypoteesin lähtökohta on neurologinen: aivorungosta sattumanvaraisesti lähtevät hermoimpulssit stimuloivat aivojen näköalueita, jolloin nukkuva ihminen kokee näkevänsä kuvia ja kuulevansa ääniä.

Siitä huolimatta, että nukkumisen ja unennäön biologisista perusteista on saatu paljon tietoa, kiperimpään kysymykseen – mikä saa ihmisen menettämään säännöllisesti tajuntansa useiksi tunneiksi? – ei osata vastata.

• Edellinen Sivu 2 / 2