Dag Sundberg/Getty Images & Claus Lunau

Aivosi kutistuvat nukkuessasi

Menetät valtaosan muistoistasi, kun nukut. Aivosolujen väliset yhteydet kutistuvat nimittäin lähes 20 prosenttia yön aikana. Solujen laihdutuskuurista on kuitenkin sinulle hyötyä.

On tarpeellisempaa nukkua kuin syödä. Ravinnotta pärjää jopa kaksi kuukautta, mutta kukaan ei ole pystynyt valvomaan 12:ta vuorokautta pitempään.

Unenpuute sotkee muistin, hyydyttää reaktiot ja romuttaa arvostelukyvyn. Kun ei saa tai voi nukkua, elimistö joutuu koville ja immuunijärjestelmä alkaa pettää.

Lopulta aivot eivät enää kykene erottamaan todellisia asioita kuvitelluista ja todellisuudentaju häviää.

Tieteilijät ovat tuhansia vuosia pohtineet sitä, miksi uni on niin tärkeää elimistölle, ja nykyään tutkijat porautuvat yhä syvemmälle elimistön salaisuuksiin löytääkseen tähän vastauksen.

He ovat työntäneet mikroskooppeja hiirten kallon läpi ja tuijottaneet vuosikausia hiirten aivojen ohuita viipaleita. Yksi vastaus kysymykseen on se, että nukumme, jotta aivomme voivat kutistua.

Aivot huuhtovat jätteet viemäriin

Yhteys ympäristöön katoaa nukahtamisen jälkeen. Tietoisuudessa tapahtuvia muutoksia voidaan seurata elektrodeilla, jotka mittaavat aivojen aaltoilevaa aktiivisuutta.

Nukahtamishetkestä eteenpäin aivot toimivat eri tavalla kuin valvetilan aikana. Aivosolujen viestintä muuttuu, ja aivoaallot näyttävät erilaisilta.

Nukkuminen jakautuu useisiin eri univaiheisiin. Kevyellä ja syvällä unella sekä REM- eli vilkeunella on omat tyypilliset aivoaaltomuotonsa.

Nainen elektrodit päässään aivoaaltojen rekisteröimiseksi.
© Burger/Getty Images

Unikäyrä paljastaa ÄO:n

Uinuvat aivot saavat muutkin kehonosat vaipumaan rauhalliseen olotilaan.

Lihakset eivät enää saa käskyjä ja rentoutuvat täydellisesti. Samanaikaisesti sydämen syke hidastuu yli 25 prosenttia, ruumiinlämpö laskee alle 36 asteeseen ja elimistön hapenkulutus pienenee 15 prosenttia.

Huuhtelu pitää aivot puhtaina

Kun pimeys laskeutuu, aivosi avaavat padot, jotta neste pääsee virtaamaan niiden läpi.

Jäte hukuttaa aivot

Huuhteleva glymfaattinen järjestelmä varmistaa, että kudos ei huku omiin jätteisiinsä.

Claus Lunau

Neste vaihtuu useita kertoja päivässä

Aivot likoavat noin 200 millilitrassa likvoria eli aivo-selkäydinnestettä. Tämä monta kertaa vuorokaudessa vaihtuva kirkas, väritön aine huolehtii siitä, että aivoihin ei pääse kertymään haitallisia jäännöksiä.

Claus Lunau

Unen aikana aivoihin tulee onkaloita

Aivojen verisuonten ympärillä on tiivistäviä tukisoluja, astrosyyttejä. Unen aikana astrosyyttien ja suonten väli alkaa vuotaa. Siksi aivo-selkäydinneste voi virrata suonia pitkin syvälle aivoihin.

Claus Lunau

Neste siivilöityy vesihuokosten läpi

Astrosyyteissä on pieniä vesihuokosia, jotka koostuvat putkimaisesta AQP4-proteiinista. Huokosten tehtävänä on välittää aivo-selkäydinnestettä aivokudokseen, jossa on muun muassa hermosoluja.

Claus Lunau

Myrkyt huuhtoutuvat hermosoluista

Päivän mittaan hermosolut tuottavat paljon jätteitä, jotka voivat olla haitallisia keskushermostolle. Levon aikainen aivo-selkäydinnestevirtaus huuhtelee haitta-aineet hermosoluista.

Claus Lunau

Jätteet poistuvat aivoista

Aivo-selkäydinneste kuljettaa jätteet niiden laskimoiden luo, joita pitkin veri poistuu aivoista. Astrosyytit siirtävät haitta-aineita sisältävän nesteen suonten rakoihin, jotta se poistuu aivoista.

Claus Lunau

Aivo-selkäydinneste ympäröi aivoja ja täyttää kaikki niiden ontelot. Aivokammion suonipunos tuottaa sitä noin seitsemän desilitraa vuorokaudessa.

Nestettä poistuu joka päivä saman verran aivoista verisuonien kautta. Välttämätön aine suojaa aivoja iskuilta ja tärinältä ja auttaa aivokudosta pääsemään eroon solujen jätteistä

Ennen vuoden 2013 tutkimusta ei osattu selittää, millä tavalla aivo-selkäydinneste pääsee puhdistamaan aivokudoksen syvempiä osia soluille haitallisista jäteaineista.

Tutkimus tehtiin laboratoriohiirillä, joiden aivo-selkäydinnesteeseen oli lisätty fluoresoivia merkkiaineita. Näiden ansiosta virtausta oli mahdollista seurata kalloon tehdyn reiän kautta ujutetulla mikroskoopilla.

Seuranta paljasti, että aivo-selkäydinneste siirtyy aivojen syviin osiin verisuonien lomassa kulkevien pienten kanavien kautta.

Väylät kuuluvat niin sanottuun glymfaattiseen järjestelmään, joka on elintärkeä. Perusteellinen huuhtelu varmistaa, että aivot pääsevät eroon haittaaineista, jotka kertyessään voivat myrkyttää solut.

Kun tutkijat vertasivat glymfaattisen järjestelmän toimintaa valve- ja unitilan aikana, he päätyivät yllättävään tulokseen.

Kävi ilmi, että järjestelmä ei käytännössä toimi muulloin kuin nukuttaessa. Aivot aloittavat huuhtelun pian nukahtamisen jälkeen.

Selittäväksi tekijäksi arvellaan noradrenaliinihormonia, jolla on tärkeä osa vireyden säätelyssä. Uneen vaipumisen jälkeen aivojen noradrenaliinipitoisuus pienenee, ja ilmeisesti tämä muutos mahdollistaa glymfaattisen järjestelmän aktivoitumisen.

Toisin sanoen nukkuminen varmistaa, että aivot eivät huku omiin jätteisiinsä.

Hermoliitokset kutistuvat

Yhdysvaltalaisen Wisconsinin yliopiston tutkijaryhmä totesi aiemmin tänä vuonna, että aivosolujen väliset yhteydet surkastuvat unen aikana.

Synapseiksi kutsutut hermoliitokset ovat keskeisessä asemassa esimerkiksi muistitoiminnoissa, koska ne pystyvät tallentamaan niitä ärsykkeitä, joita valveillaoloaikana vastaanotetaan.

Yhdysvaltalaistutkijoita kiinnosti, mitä synapseille tapahtuu, kun nukutaan.

Vaikka hermoliitokset ovat yleensä vain alle mikrometrin eli millimetrin tuhannesosan kokoisia, niitä voitiin kuvata kolmiulotteisesti SBF-SEM-tekniikalla, joka on suhteellisen uusi pyyhkäisyelektronimikroskopian sovellus.

Ensin hiiren aivoista otetun pienen näytteen pinta kuvattiin. Sitten siitä leikattiin äärimmäisen terävällä timanttiveitsellä muutaman nanometrin eli millimetrin miljoonasosan paksuinen viipale, ja mikroskooppi otti siitä toisen kuvan. Toistamalla vaiheet tuhansia kertoja voitiin kuvata joka ainoa kerros.

Lopuksi tietokone yhdisti yksittäiset kuvat pienen aivojen osan kolmiulotteiseksi malliksi.

Riittävän suuren tutkimusaineiston kokoamiseen kului monta vuotta. Analysointivaiheessa määritettiin lähes 7 000 synapsin koko.

Ne olivat peräisin useilta eri hiiriltä, jotka olivat näytteenottohetkellä joko valvetai unitilassa. Vertailuryhmien välinen ero oli selvä: nukkuvien hiirien synapsit olivat keskimäärin 18 prosenttia pienempiä kuin koko päivän hereillä olleiden hiirien.

Proteiinit hävittävät muistoja

Yhdysvaltalaisen Johns Hopkinsin yliopiston tutkijat sukelsivat syvemmälle aivoihin.

He havainnoivat niitä synapsien proteiineja, joilla osoittautui olevan ratkaiseva merkitys aivojen unen aikaiselle laihdutuskuurille.

Keskeisiin proteiineihin kuuluvat niin sanotut AMPA-reseptorit, joita on hermoliitoksessa toisen solun pinnalla ja jotka sitovat välittäjäaineita toisesta solusta.

© Claus Lunau

Synapsit kutistuvat

Kun reseptorit ottavat vastaan viestin, ne huolehtivat siitä, että se välittyy eteenpäin sähköimpulssina. Jos synapsia käytetään paljon valveillaoloaikana, hermosolu siirtää synapsiin enemmän AMPA-reseptoreja.

Niinpä synapsi kasvaa. Synapsin toiminnan sujuvuus taas riippuu reseptorien määrästä. Esimerkiksi näköärsyke, joka on vahvistanut synapseja, on helpompi muistaa.

Nähdäkseen, mitä nukkuminen tekee AMPA-reseptoreille, tutkijat porasivat reiän hiiren kalloon ja havainnoivat mikroskoopin avulla synapsien proteiineja.

Kuvissa näkyi selvä muutos sen jälkeen, kun hiiri oli nukahtanut. Suuri osa AMPA-reseptoreista hävisi hiiren nukkuessa. Tämä viittasi siihen, että uni tuhosi hiiren muistoja.

Lähempi tarkastelu paljasti, että synapseissa esiintyi hiiren nukkuessa Homer1animistä proteiinia.

Nimenomaan se näytti poistavan AMPA-reseptoreja. Tutkimustulos herätti lisää kysymyksiä. Aivothan tuskin heikensivät vahingossa tiedonsiirtoyhteyksiään. Syytä alettiin selvittää kokeellisesti.

© Shutterstock

Valvominen päästää pöpöt valloilleen

Kun ei ole nukkunut pariin vuorokauteen, elimistö alkaa pettää. Puolustusreaktiot heikkenevät, ja psyyke häiriintyy

Kokeessa käytettiin häkkiä, jossa hiirille oli mahdollista antaa vaimea sähköisku pohjan kautta. Osaan koeeläimistä pistettiin jo valveillaoloaikana ainetta, joka esti Homer1a:ta toimimasta ja siten heikentämästä synapsien toimintaa unen aikana.

Kun hiirille annettiin seuraavana päivänä sähköisku, niiden reaktiot vaihtelivat sen mukaan, olivatko niiden synapsit kutistuneet nukkumisen aikana vai eivät.

Ne hiiret, joiden synapseissa Homer1a oli saanut toimia normaalisti, säikähtivät vähemmän. Reagointitavassa ei ollut eroa silloinkaan, kun käytettiin häkkiä, jota hiiret eivät voineet kokemuksesta liittää sähköiskuun.

Tutkimustulos vihjasi vahvasti unen päätehtävästä.

Nukkuminen antaa aivoille mahdollisuuden kutistua ja samalla tyhjentää roskakorejaan. Jos aivot eivät hylkäisi muistiainesta, ne hukkuisivat ärsyketulvaan ja menettäisivät toimintakykynsä.

Laskelmat osoittivat, että noin 80 prosenttia synapseista surkastuu nukkumisen aikana. Tutkijoiden mukaan raju karsinta varmistaa muistin toimintaedellytykset.

Nukkuminen ehkäisee dementiaa

Vaikka synapsien todettiin enimmäkseen kutistuvan, osassa niistä ei todettu tapahtuvan merkittäviä muutoksia. Se, mitkä hermoliitokset säilyvät ennallaan, ei ole sattuman varassa.

Uni varjelee vahvimpia hermoyhteyksiä, joiden ansiosta muistiainesta on helppo palauttaa mieleen. Ahkera käyttö vahvistaa synapseja.

© Shutterstock

Aivojen virhe tekee painajaisesta todellisen

Siitä, että nukkumisen aikainen puhdistus hävittää paljon muistiainesta, on enemmän hyötyä kuin haittaa, sillä se varmistaa, että tärkeät muistot säilyvät kirkkaina.

Riittävällä yölevolla on tutkitusti terveyttä edistävä vaikutus. Jatkuvasti liian vähän nukkumalla voikin vahingoittaa itseään pysyvästi.

Muun muassa aikuisilla, jotka kärsivät unihäiriöistä, on keskimääräistä suurempi riski sairastua Alzheimerin tautiin myöhemmällä iällä. Syy-yhteyttä tutkitaan, mutta kokonaiskuva on vielä epäselvä.

Tähän mennessä on saatu viitteitä siitä, että haittaaineiden kertyminen hermosolujen ympärille ja AMPA-reseptorien säätelyn pettäminen kuuluvat vaaratekijöihin.

Aivojen toimintakykyä voi siis tukea niinkin helposti kuin nukkumalla tarpeeksi.