ภาพจาก Jose-Luis Olivares/MIT

นักประสาทวิทยาจากมหาวิทยาลัย MIT ได้ค้นพบระบบการทำงานของสมองที่ทำให้พื้นที่เล็ก ๆ ของสมองบางส่วนอยู่ภายใต้สภาวะหลับหรือเกิดการตื่นตัวลดลง ในขณะที่พื้นที่ส่วนที่เหลือของสมองยังคงตื่นอยู่ 

บ่อยครั้งที่การนอนหลับมักถูกเข้าใจว่าเป็นช่วงที่สมองเกิดการตื่นตัวทั้งหมดหรือไม่  ก็ถูกเข้าใจกันว่าทุกส่วนของสมองตกอยู่ภายใต้สภาวะหลับใหลทั้งหมดอย่างไร  ก็ตามนักประสาทวิทยาจาก MIT ได้ค้นพบว่า  วงจรการทำงานของสมองสามารถทำให้พื้นที่ในสมองบางส่วนเท่านั้นที่ตกอยู่ในห้วงการนอนหลับหรือมีการตื่นตัวลดลง ในขณะที่ส่วนที่เหลือของสมองยังคงอยู่ในสภาวะตื่นตัวอยู่

วงจรนี้ก่อกำเนิดขึ้นภายในสมองในส่วนที่รู้จักกันดีในชื่อว่า thalamic reticular nucleus (TRN) ซึ่งทำหน้าที่ส่งสัญญาณไปยังธาลามัสและส่งต่อไปยังเปลือกสมองและได้เหนี่ยวนำกลุ่มสภาวะที่คลื่นสมองจะเคลื่อนที่ช้าลง ทำให้เกิดการหลับลึกการแกว่งของคลื่นสมองที่ช้าลงยังเกิดขึ้นได้ในช่วงหมดสติเป็นเวลานานและช่วงการเกิดอาการชาทั่วไป อีกทั้งยังเกี่ยวข้องกับการตื่นตัวที่ลดลงอีกด้วยเมื่อ TRN ทำงานได้มากเพียงพอ คลื่นสมองเหล่านี้จะสามารถควบคุมการทำงานของสมองทั้งหมดเอาไว้ได้

นักวิจัยหลายท่านยังเชื่อว่า TRN อาจจะช่วยสมองรวบรวมความทรงจำใหม่โดยทำการประสานคลื่นสมองที่ช้าลงจากหลายส่วนของสมองเข้าด้วยกัน และยังให้ส่วนต่าง ๆ ของสมองเหล่านั้นสามารถแบ่งปันข้อมูลกันได้ง่ายมากขึ้น 

Laura Lewis นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย MIT สาขา Brain and Cognitive Sciences และเป็นหนึ่งในคณะวิจัยที่ได้เผยแพร่งานวิจัยชิ้นใหม่นี้ในวารสาร eLife ได้กล่าวว่า “ในขณะที่พวกเราหลับ หลายส่วนที่จำเพาะของสมองอาจจะผลิตคลื่นที่เคลื่อนที่ช้าขึ้นพร้อม ๆ กัน เพราะพวกมันต้องการแลกเปลี่ยนข้อมูลซึ่งกันและกัน ในขณะที่ส่วนอื่นของสมองไม่มีการทำงานในลักษณะนี้เลย”

คณะวิจัยได้กล่าวอีกว่า “TRN อาจจะยังตอบสนองต่อสิ่งที่ได้เกิดขึ้นภายในสมองอีกด้วย เมื่อคนที่อดนอนหรือนอนหลับไม่เพียงพอมักจะประสบกับสภาวะที่ไม่มีสมาธิ ไม่สามารถจดจ่อกับสิ่งที่ทำได้ ถึงแม้ว่าจะพยายามดิ้นรนให้ตัวเองรู้สึกตื่นตัวอยู่ก็ตาม”

นอกจากนี้วารสารทางวิชาการฉบับนี้ยังประกอบด้วย ผู้เขียนคนแรกคือ Jakob Voigts นักศึกษาปริญญาจาก MIT สาขา brain and cognitive sciences

Senior authors ได้แก่ ศาสตราจารย์ Emery Brown (Edward Hood Taplin Professor สาขา Medical Engineering and Computational Neuroscience จากสถาบัน MIT และยังเป็นวิสัญญีแพทย์ที่โรงพยาบาล Massachusetts General Hospital) และ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ Michael Halassa จากมหาวิทยาลัย New York University

และคณะวิจัยจากสถาบัน MIT ซึ่งได้แก่ Francisco Flores และ Matthew Wilson (Sherman Fairchild Professor ประจำภาควิชาประสาทชีววิทยาและสมาชิกของ MIT’s Picower Institute for Learning and Memory)


การควบคุมโดยทั่วไป

จนกระทั่งถึงปัจจุบันนี้ งานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการนอนหลับส่วนใหญ่ได้มุ่งความสนใจไปที่การควบคุมการหลับทั่วทั้งสมอง ซึ่งจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อสมองทั้งหมดได้จมอยู่ในคลื่นสมองที่เคลื่อนที่ช้า-การสั่นของการทำงานของสมองถูกสร้างขึ้นเมื่อกลุ่มของเซลล์ประสาทถูกทำให้สงบเป็นช่วงระยะเวลาหนึ่ง

อย่างไรก็ตามการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้แสดงให้เห็นว่า  สัตว์ที่นอนหลับไม่เพียงพอ ในขณะที่พวกมันตื่นได้แสดงคลื่นสมองที่ช้าในหลาย ๆ บริเวณในสมองของพวกมัน สิ่งนี้ได้ชี้ให้เห็นว่า สมองยังสามารถควบคุมความตื่นตัว ณ สภาวะทั่วไปอีกด้วย

Lewis ได้กล่าวว่า “คณะ MIT ได้เริ่มต้นการวิจัยจากการควบคุมทั่วไปของการถูกกระตุ้นหรือภาวะครึ่งหลับครึ่งตื่นด้วย TRN เพราะตำแหน่งที่ TRN อยู่นั้นเป็นตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดที่จะแสดงบทบาทในการนอนหลับ โดย TRN ถูกล้อมรอบด้วยธาลามัสหรือทำหน้าที่คล้ายกับเปลือกหุ้มและทำหน้าที่เสมือนผู้รักษาประตูสำหรับการรับข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับความรู้สึกเข้าสู่ธาลามัส ซึ่งจะส่งข้อมูลนี้ไปสู่ส่วนของเปลือกสมองต่อไป”

การใช้ออพโตเจเนติก-เทคนิคหนึ่งที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถจำลองการกระตุ้นเซลล์ประสาทหรือทำให้เซลล์ประสาทสงบได้ด้วยแสง นักวิจัยพบว่า ถ้าหนูตื่น TRN จะถูกกระตุ้นอ่อน ๆ และคลื่นที่เคลื่อนที่ช้าจะประกฏให้เห็นที่เปลือกสมองเล็กน้อยเท่านั้น แต่ถ้า TRN ถูกกระตุ้นมากขึ้น คลื่นที่เคลื่อนที่ช้านี้จะปรากฏขึ้นทั่วทั้งเปลือกสมอง

Lewis กล่าวว่า “พวกเรายังพบอีกว่า เมื่อคลื่นสมองที่ช้านั้นถูกกระตุ้นขึ้นทั่วทั้งเปลือกสมอง สัตว์จะแสดงพฤติกรรมที่สื่อถึงอาการสัปหงก ง่วงนอน พวกหนูจะหยุดวิ่งไปรอบ ๆ โทนเสียงของดนตรีจะลดลง”

คณะวิจัยเชื่อว่า TRN สามารถปรับเปลี่ยนการควบคุมของสมองให้เหนือกว่าส่วนของสมองทั่วไป การเพิ่มขึ้นหรือการลดคลื่นที่เคลื่อนที่ช้าในบางส่วนที่จำเพาะของสมอง ซึ่งบริเวณเหล่านั้นสามารถติดต่อสื่อสารระหว่างกันได้หรือการเหนี่ยวนำบางพื้นที่ของสมองให้ลดการตื่นตัวลงเมื่อสมองนั้นรู้สึกง่วงเหลือเกิน สิ่งนี้อาจจะอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นในมนุษย์เมื่อพวกเขานอนหลับไม่เพียงพอและไม่มีสมาธิเป็นช่วงสั้น ๆ ซึ่งไม่ได้อยู่ในช่วงขณะกำลังจะเข้าสู่นิทราจริงๆ

Lewis กล่าวว่า “ฉันค่อนข้างที่จะคิดว่ามันเกิดขึ้นเพราะสมองได้เริ่มปรับตัวเข้าสู่ช่วงนอนหลับและบางส่วนของสมองโดยทั่วไปเริ่มชะลอการทำงานลงแม้ว่าคุณจะถูกบังคับให้ตื่นอยู่ก็ตาม”


การนอนหลับตามธรรมชาติและอาการชาโดยทั่วไป

การทำความเข้าใจว่าสมองควบคุมสภาวะตื่นได้อย่างไร สามารถช่วยให้ผู้วิจัยสามารถออกแบบยานอนหลับและยาชาตัวใหม่ที่มีประสิทธิภาพการใช้งานที่ดีขึ้นได้ เพื่อให้ได้สภาวะที่คล้ายคลึงกับการนอนหลับตามธรรมชาติมากยิ่งขึ้น การกระตุ้น TRN สามารถเหนี่ยวนำสภาวะการหลับลึกและจากงานวิจัยในอดีตโดย Brown และคณะได้เปิดเผยวงจรที่ได้ไปเปิดระบบการนอนหลับ REM ขึ้น

Brown ได้กล่าวเพิ่มเติมว่า TRN นั้นจะพบมากที่ช่วงว่างระหว่างเซลล์ประสาทที่เชื่อมต่อภายในสมองซึ่งจะปลดปล่อยสารสื่อประสาท GABA ดังนั้นแทบจะกล่าวได้ว่า TRN คือส่วนหนึ่งในการทำงานของตัวยาชาหลายชนิด ซึ่งทำหน้าราวกับ TRN กลุ่มใหญ่ที่ทำงานในบริเวณช่องว่างระหว่างเซลล์ประสาท และผลิตคลื่นสมองที่ช้าออกมา

งานวิจัยในอดีตของ Lewis และคณะ ได้แสดงให้เห็นว่า คลื่นที่เคลื่อนที่ช้าของการนอนหลับ แตกต่างจากอาการชาโดยทั่วไปที่ไม่ได้ทำงานประสานกัน มันชี้ให้เห็นถึงกลไกที่ว่าทำไมยาเหล่านี้ถึงซ่อมแซมการแลกเปลี่ยนข้อมูลภายในสมองและก่อให้เกิดภาวะไร้สติขึ้นได้

ที่มา http://news.mit.edu/2015/brain-controls-sleep-1013