نظرية جديدة تفسّر الحاجة للنوم

يلقي هذا البحث ضوءاً جديداً على ما يحدث داخل أدمغتنا عندما لا نكون مستيقظين.
بعكس النظرية المتعارف عليها التي تفسّر لماذا ننام، فإن البحث الجديد يبيّن أن إعادة توازن الاستتباب homeostatic rebalancing لا تحدث أثناء النوم، بل إنها تحدث حصرياً عندما تكون الحيوانات مستيقظة ونشيطة، وهذا ما يدفعنا للسؤال ما الذي يحدث فعلاً عندما ننام؟
 

لماذا تنام الحيوانات؟

---

يستهلك النوم حوالي ثلث اليوم عند العديد من أشكال الحياة، بالرغم من ذلك فإن معرفتنا ضئيلة للغاية حول حاجتنا إليه. وتبقى الحاجة للنوم إحدى أهم الألغاز في علم الأحياء.

تفترض نظرية رائدة أن النوم يمنح الدماغ فرصة ليعيد التوازن إلى نفسه. وبحسب هذا النموذج فإن ما نقوم به ونحن مستيقظون يرتبط مع عمليات ضخمة من التعلم والتنمية، وهذا سيتسبب مع الوقت بتشبع قدرة الدماغ على تعزيز الوصلات العصبية. وهذا من شأنه أن يمنع مزيداً من التعلم، كما أن الزيادة غير المحدودة في الاتصال قد تزعزع الدماغ مما يؤدي إلى فرط استثارية الشبكات العصبية "over excitation". وتفترض نظرية رائدة أخرى أن الوظيفة الأساسية للنوم هي "استتباب الخلايا العصبية" في عملية تقوم من خلالها العصبونات بإعادة ضبط استثاريتها لاستعادة النشاط المتوازن للشبكة الدماغية.

أجرت اختصاصية البيولوجيا العصبية جينا توريجانو Gina Turrigiano بحثاً جديداً في مختبرها في جامعة براندايس Brandei university وتقترح أن هذه النظرية ليست صحيحة. وذلك من خلال ورقة بحثية نُشرت في مارس في العدد 24 من دورية Cell.

أظهر مختبر توريجانو أنه عندما يتم تثبيط نشاط العصبونات عند الفئران فإن إعادة توازن الاستتباب لا تحدث أثناء النوم، على العكس فهي تحدث حصراً عندما تكون الفئران نشيطة ومستيقظة.

هذا البحث يطرح من الأسئلة بقدر التي يجيب عنها، على سبيل المثال لماذا يُثبط الاستتباب أثناء النوم؟ تعتقد الدكتورة توريجانو أن هذا التكيّف الاستتبابيّ homeostatic plasticity يتعارض مع عملية معتمدة على النوم، عمليةٍ من شأنها أن تقوّي الذاكرة. بتصنيف الأنماط السلوكية إلى نمطين هما النوم واليقظة، يمكننا مؤقتاً فصل الأشكال المختلفة من التكيّف مما قد يخفف من مشكلة التداخل.

استلمت الدكتورة جينا توريجانو رئاسة قسم العلوم البصرية الذي أسسه الدكتور جوزيف جيه ليفيتان Joseph J. Levitan في جامعة براندايس كما انتخبت في الأكاديمية الوطنية للعلوم National Academy of Sciences سنة 2013. في عام ال 2000 وبعمر ال 37 فازت بمنحة ماك آرثر MacArthur Fellowship أو جائزة "العبقري" 'genius' award . ركّز عملها الرائد على العمليات الخلوية التي تسمح للشبكات العصبية في الدماغ بالتغيّر والتأقلم. ولعب مختبرها دوراً أساسياً في تحديد الآليات الأساسية الكامنة وراء التكيّف الاستتبابيّ أو قدرة الخلايا العصبية على السعي الحيوي للاستقرار بالرغم من التغيرات الناجمة عن التعلّم أو التنمية.

قام البحث الأخير في دورية Cell بقيادة الزميل كيث هانغان Keith Hengen الحائز على شهادة ما بعد الدكتوراة بوضع آفاقٍ جديدة بدراسته الاستتباب العصبوني عند فئران يتصرفون بحريّة (أجريت معظم الأبحاث السابقة على مزارع خلوية cell cultures أو حيوانات مخدرة anesthetized animals). قام كيث بمراقبة الفئران التي تعاني من انعدام الرؤية في عين واحدة على مدى تسعة أيام أثناء فترات النوم والاستيقاظ. كما أُدخلت إلكترودات (أقطاب كهربائية) في القشرة البصرية للحيوانات وسجلت نشاط العديد من الخلايا العصبية الفردية، من خلال مراقبة هذه العصبونات على مدى تسعة أيام أنتجت خلالها ما مجمله ستة تيرابايتات من البيانات. وتمكنت الخوارزميات المُطوّرة في مختبر توريجانو وبمساعدة البروفيسور المساعد في جامعة براندايس ستيفين فان هوزر Steven Van Hooser من تحليل هذه المجموعات الهائلة والمعقدة من البيانات.

تتوقع توريجانو أن تتمكن هذه الأساليب الحسابية من فتح آفاق جديدة للأبحاث في مختبرها مما يمكّنها من القيام بمراقبة أطول بكثير لأدمغة الفئران وبشكل أدق.

بعض الأسئلة الرئيسية الناجمة عن هذه الدراسة:

•  ما الذي يجعل النوم يعيق الاستتباب؟
•  كيف يمكن للدماغ أن يتحول بسرعة من القيام بالاستتباب أو التوقف عن ذلك بالاعتماد على حالة النوم؟
• ما علاقة الاستيقاظ بتطلّبه تفعيل تنظيم الاستتباب وتحريضه؟