Miért alszik az egér ötször annyit, mint az elefánt? És miért alszanak a babák többet, mint a felnőttek? Meglepő, de nincs ezekre a kérdésekre tankönyvi válaszunk. Egy új kvantitatív modell azt jósolja, hogy az agyméret számít az alváshosszban, és az embereknél 2,4 éves korban tapasztalható egy hirtelen átmenet.

Hiába univerzális életjelenség az állatok körében, az alvást az elmúlt évtizedek intenzív kutatásai ellenére még mindig számos rejtély övezi. Most emberekből és egyéb emlősökből gyűjtött adatok alapján a Santa Fe Institute (New Mexico, USA) kutatóiból és együttműködő partnereikből álló csoport az elsők között állt elő egy mennyiségi modellel annak magyarázatára, miért csökken az alvásidő a növekvő agymérettel párhuzamosan a különböző fajok összehasonlításában, illetve egyazon fajon belül az egyedfejlődés során. A modell egyik lényeges megállapítása, hogy az embernél átlagosan 2,4 éves korban gyors átmenet következik be az alvási mintázatban, amely az alvás élettani szerepének megváltozásával kapcsolatos: addig az újraszervezés, onnantól a karbantartás az alvás domináns funkciója.

Az alvás és annak változásai egészen alapvető dolgokat tárnak fel az agy fejlődésével kapcsolatban" – szögezi le Geoffrey West elméleti fizikus, a Santa Fe Institute (SFI) korábbi elnöke. West korábbi kutatásai során Van Savage fizikus-biológussal, a University of California (Los Angeles) éz az SFI professzorával együtt megvizsgálta, mennyit alszanak az egyes emlősök. A Science Advances-ban most megjelent cikk a törzsfejlődési viszonyokat – vagyis a fajok közötti evolúciós kapcsolatot – és az egyedfejlődést egységes keretbe foglalva elemzi az alvásidő faj- és életkorfüggését.

Bár a szakértők számos elmélettel előálltak már az alvás szükségességének magyarázatára, a két legelterjedtebb elképzelés egyike az idegi újraszerveződést – lényegében a tanulást –, a másik az idegrendszer regenerációját, az agy karbantartását helyezi előtérbe. Az ébrenlét ideje alatt az agy alaposan elhasználódik, részint a fokozott vérátáramlás, részint a naponta újratermelődő káros anyagok felhalmozódása miatt.

Alvás alatt lehetőség nyílik az agy öntisztulására.

Ahogy a metrót is üzemzárás után javítják, hogy a munkálatok ne zavarják meg a forgalmat, úgy az agyban is az alvásidő alatt zajlanak az újrarendeződési és karbantartási folyamatok – érzékelteti találó hasonlattal West.

Forrás: Getty Images/(c) Maciej Frolow/Maciej Frolow

A kétfajta alvás

Az alvásidő nagy vonalakban két részre: a REM (random eye movement – véletlenszerű szemmozgás) és a nem-REM alvásra osztható. A köznyelvben a REM alvást szokták „mély alvás"-nak nevezni, de ennek az alvásformának az élettani funkcióját továbbra is homály fedi.

A REM- és nem-REM-alvással kapcsolatos kérdések megválaszolásához a kutatók olyan modellt állítottak fel, amely az agy működését néhány egyszerű egyenletben ragadja meg. Ezek az egyenletek azt kísérlik meg leírni, miként használja fel az agy az energiát az információ feldolgozásához (amelyet aztán át kell rendeznie). Az egyenletekbe az alvásidőre, az anyagcsererátára és az agyméretre vonatkozó, több más tanulmányból kölcsönzött értékeket helyettesítettek be. Az adatok több tucat, a csecsemőtől a serdülőig mindenféle életkorú vizsgálati alanytól származtak.

A REM és nem-REM alvásnak a teljes alvásidőhöz viszonyított arányát meghatározva, valamint egyéb tényezőket, például az agyméretet figyelembe véve a kutatók a modell alapján ki tudták következtetni a kétfajta alvásfázis biológiai értelmét.

A jelek szerint a REM alvás leginkább az átrendeződésért-tanulásért felelős, ami különösen hangsúlyos a korai fejlődés során, míg a nem-REM alvás alatt bonyolódik le a mindennapi karbantartás, amely az egész élet során zajlik.

A 2,4 éves életkor fordulópontnak tűnik: a kutatók éles váltást figyeltek meg ebben a fejlődési stádiumban, ahol a korábban domináns REM alvástól átveszi a vezető szerepet a nem-REM alvás. Ezen a ponton tehát az átrendeződési célú alvásnál hangsúlyosabbá válik a karbantartási célú alvás.

Más szavakkal: az egyik ok, amiért innentől fogva összességében kevesebbet alszanak az embergyerekek, az az, hogy az agyban már nem formálódik nap mint nap annyi új idegi összeköttetés.

Ez a fontos átmenet korábban senkinek sem szúrt szemet, pedig – amint Savage rámutat – nagy jelentőséggel bírhat az agy fejlődése szempontjából.

Az agy valami igazán lenyűgözőt és a korábbiaktól nagyon eltérőt művel ebben a periódusban – hangsúlyozza a kutató. – Kérdés, vajon milyen következményei lehetnek ennek például a nyelvelsajátítási képességeinkre nézve, vagy az agy különböző helyzetekhez való alkalmazkodási képességét illetően."

Forrás: Pixabay

Mi a helyzet az állatoknál?

Más, fejlődésben lévő állatokon – nyulakon, patkányokon és tengerimalacokon – végzett előzetes mérések alapján hasonlóságok sejthetők az emberi alvással, de túl korai lenne kijelenteni, hogy az embergyerekeknél tapasztalt hirtelen alvásmintázat-váltás általános az emlősök körében. „Nagyon kíváncsi vagyok, hogy az általunk kidolgozott keretrendszer alkalmazható lesz-e a többi emlősre is" – nyilatkozta Junyu Cao, a Texasi Egyetem kutatója és a cikk vezető szerzője.