Bevezetés az alvás-és álomkutatásba

Az előadások a következő témára: "Bevezetés az alvás-és álomkutatásba"— Előadás másolata:

1 Bevezetés az alvás-és álomkutatásba
- Evolúciós vonatkozások - Simor Péter – Kognitív Tudományi Tanszék

2 Szempontok és kérdések
Az alvás eredete Az alvás változatai fajonként Az alvást befolyásoló tényezők Környezet, táplálkozás, méret, stb. Az alvás vizsgálati szintjei: Alvás, mint viselkedés Alvás, mint neurális oszcillációk Alvás és ébrenlét kapcsolata Elsődleges vs. Másodlagos adaptációk kérdése

3 Az alvás kockázata Mivel ellensúlyozza az alvás a költségeket?

4 Módszertani nehézségek
Vadon vs. laboratórium

5

6 Alvás architektúra

7 Komparatív szempontok
Alvás hossza Alvás szerkezete – ciklusok hossza, mintázata Mintázata: polifázisos vs. monofázisos Rugalmasság kérdése

8

9 Szárazföldi emlősök REM és NREM arányának összefüggése
Fiziológiailag összefüggő folyamatok agyi deaktiváció-aktiváció memóriakonszolidáció ha megnő az alvás hossza, mindkét fázis hossza megnő

10 Polifázisos és monofázisos alvás
Apróbb állatok inkább polifázisos alvásmintát mutatnak (ragadozók általi fenyegetettség?) Polifázisos alvás kevésbé hatékony? (Capellini et al, 2010) Fenyegetettség esetén rövidül a NREM és REM hossz, de az 1-es fázis (felszínes alvás) hossza nem rövidül

11 Ökológiai tényezők Ragadozók általi fenyegetés:
Kompromisszum a biztonság és az alvás közt Immobilizációs hipotézis (mozdulatlanság nyújtotta védelem) Kritika: ehhez elég lenne csak pihenni, alvás fokozhatja is a veszélyt (lassú ébredés, csökkenő menekülési esélyek) Növényevők, veszélyes környezetben élők valóban kevesebbet alszanak (REM,NREM) ráadásul jellemzőbb rájuk a polifázisos alvás

12 2) Táplálkozás: kompromisszum az energiafelhalmozás és alvás közt
Húsevők többet alszanak Növények tápanyagtartalma csekély, így folyton táplálkozni kell, ezen kívül egyes fajoknál a kérődzés is interferál az alvással

13 Táplálékkeresés és alvás kompromisszuma
Levél vs. gyümölcsevők alvása Gyümölcsevők kevesebbet alszanak – több időt kell szánni a táplálék fellelésére Emésztés és alvás kompromisszuma Metabolikus ráta (kalóriaégetés) és alvás Testmérethez képest magas metabolikus ráta kevesebb alvással jár

14 3) Társas élet: kompromisszum a társas élet és az alvás közt
Együtt alvó állatok kevesebbet alszanak Ellentmond a ragadozók okozta fenyegetettség elvének

15 Az alvás helyettesítése
Egyes rajban úszó halfajok nem mutatják az alvás jegyeit

16 Az alvás rugalmassága Fenyegetettség, migráció (pl. madarak)
Alternáló agyféltekés alvás, mikroébredések Laboratóriumi vizsgálatok egerekkel és macskákkal Fenyegetettség esetén hosszabb ébrenlét, csökkent NREM, REM alvás REM alvást áldozzák fel először Fertőzés esetén megnövekedett NREM

17 Alvó rovarok

18 A rovarok bolygója 100 millió rovarfaj az evolúció során
Jelenleg 5 millió (emlős kb. 4500) Első rovarok: 400 millió éve Mostani, modern rovarok 250 millió éve

19 Az alvás viselkedéses kritériumai
Fajspecifikus testhelyzet Nyugalmi állapot Stimulációra állapot változás Emelkedett stimulációs küszöb Homeosztatikus alvásnyomás Számos rovarfaj eleget tesz ezeknek a kritériumoknak

20 Skorpiók, molyok, méhek Skorpió állapotai: Lokomotoros aktivitás
Élénk mozdulatlanság Nyugalmi mozdulatlanság Folyamatos ingerlés után (alvásmegvonás) megnövekedett nyugalmi mozdulatlanság Homeosztatikus szabályozás Molylepke: 5 különböző testhelyzet azonosítása az antennák állása alapján Az egyik megnövekedett ingerlési küszöbbel járt – alvás szerű állapot…

21 Apis mellifera 120 millió éves eredet Kb. 20 ezer faj
Optikus lebeny neuronjainak cirkadián fényérzékenysége (nappal fokozottabb válasz) Specifikus alvó testhelyzet Csökkent izomaktivitás 12 órás alvásmegvonás megnövelte a későbbi mozdulatlan időszakot

22 Alvó méhek (folyt) Alvás-szerű állapot Energiamegtakarítás?
Laboratóriumi kísérletek szerint a méhek nem az energiamegtakarítás szempontjából optimális hőmérsékletű helyiséget választják (alvás más funkciókat szolgálna?) Életkori sajátosságok: Aktivitás-inaktivitás ciklusa a fiatal egyedeknél markánsabb volt Életmódbeli sajátosságok: Különböző kasztok egyedeinek különböző alvása Csak a táplálék keresők és táplálék őrzők mutattak 24 órás ciklicitást, szemben a takarítók és a gondozók kasztjával

23 Viselkedéses Alvás vs. Alvó neuronhálózatok
REM és SWS (lassú hullámú alvás) teljes bizonyossággal eddig csak madaraknál és emlősöknél tapasztalható Puhatestűek, Halak, Kétéltűek Alvásra utaló viselkedéses jegyek, igaz nem minden faj esetében, de SWS és REM nem bizonyított Kecskebéka Éber állapot (alacsony ingerküszöb) még nyugalmi helyzetben is EEG magas frekvenciatartományban

24 Halak, kétéltűek Nyugalmi (alvás-szerű) és éber állapotok nem mutatnak markáns eltérést Agyi aktivitásban átfedés SWS és REM nem különül el, nem jelenik meg

25 Hüllők Alvás-szerű és éber viselkedés váltakozása
Pihenés során SWS látszólagos hiánya Nyugalmi időszakban gyors aktivitás, egyes gyíkfajoknál izommozgások, csökkent izomtónus, éberségre utaló rövid állapotok Kezdetleges REM fázis?

26 SWS-REM ciklusok megjelenése: madarak és emlősök
Madarak alvása NREM-REM ciklusok, de sokkal rövidebbek Egyes emlősökre jellemző NREM jegyek hiányoznak (orsók) Rövid, pár perces alvásszakaszok Alternáló féltekei mélyalvás

27 Váltott féltekei alvás és környezeti tényezők
A csoport szélén alvók gyakrabban alszanak váltott agyféltekékkel, mint a csoport közepén alvók Veszélyforrások monitorozása Biztonságos környezetben lecsökken a váltott agyféltekei alvás mértéke REM fázisok rövidebbek, nincs homeosztatikus hatás

28 SWS és REM ciklusok szétválása
Legősibb emlős, kacsacsőrű emlős is mutat REM és NREM jegyeket, de az agyi tevékenység mintha összemosódna a két fázis közt Átmeneti állapot REM és NREM közt REM fázis hiánya vízi emlősöknél: cetfélék, kik szintén váltott aggyal alszanak, Alig, vagy egyáltalán nem mutatnak REM-et - Fókák a szárazföldön REM állapotban, a vízben kihagyják a REM-et

29 Alvás AKTÍV szerepe az ébrenléthez szükséges komplex idegrendszeri apparátus megfelelő működéséhez

30 Madarak és emlősök alvása: új vívmányok egy régi adaptáció talaján
SWS és REM szerepe: Komplex agyi hálózatok karbantartása Magasabb rendű neurális struktúrák újrahuzalozása Szinapszisok képződése, megerősítése, fehérjék expressziója, jel-zaj arány növelése Tanulási folyamatok, emlékezeti konszolidáció

31 REM, érzelmi hálózatok, kötődés

32 REM és kötődés (McNamara)
A kötődés hátterében álló hálózatok fokozott aktivációja (limbikus/orbitofrontális területek) a kötődésben szerepet játszó oxitocinerg rendszer és AVT rendszer aktivációja, illetve a szexuális magatartásban szerepet játszó tesztoszteron szintje is emelkedést mutat REM alvás alatt. A kötődést nem mutató alacsonyabb szerveződési szinten lévő élőlényeknél nem sikerült egyértelműen kimutatni a REM alvást A fejletlen állapotban születő, és így fokozott szülői gondoskodást igénylő fajok REM alvásának mennyisége nagyobb, mint az érettebb állapotban születő fajoké Álmok érzelmi töltete, társas kontextusa Sérült kötődésben fokozott álomfelidézés és intenzív érzelmi színezet Sérült kötődés esetén eltérések a REM mintázatában Kritika: motivációs-érzelmi hálózatok aktivációja REM alatt – ez lehet, hogy pusztán érinti a kötődési rendszert is

33 Nicolau & Rial: Az ébrenlét evolúciója
Gallotia galloti, kanári szigeteki gyík EEG vizsgálata hüllők pihenése gyors, deszinkronizálódott hullámokat tartalmaz, esetenként meredekhullámokat – REM-re hasonlít? hüllők ébrenléte analóg az emlősök NREM alvásának mintázatával Ingerlésre K-komplex és orsó

34 További analógiák Lassú hullám és hőmérséklet
Hőmérséklet növekedésével nő az ébren lévő hüllők EEG aktivitásának amplitúdója Ugyanez történik emlősöknél NREM-ben Ingerlésre nagy amplitúdójú, lassú hullámok Hüllőknél ébrenlétben, emlősnél NREM-ben (ha nem ébred fel) Beta-antagonista (propranolol) hatása Csökkenő EEG amplitudó hüllők ébrenlétében és emlősök NREM alvásában

35 Az emlőssé válásig tulajdonképpen mélyen aludtunk?
Bódizs (2007)

36 Az evolúciós sztori Neocortex, hőszabályozás kifejlődése
Emlősök elfoglalják az éjszakát (hüllők ekkor a hőszabályozás hiánya miatt pihennek) Kortikális idegrendszer és ősi kéreg alatti rendszer „rivalizációja” miatt az utóbbi az aktivitása az alvás idejére tolódik SWS (hüllő ébrenlét) és REM (hüllő pihenése) elkülönülése Az evolúció az ÉBRENLÉTET alakította ki nem az alvást. Az emlősök és a (madarak) az első lények, melyek felébredtek mély alvásukból. Különböző (vizuális, taktilis, auditiv) ingereg integrálása, rugalmas, gyors válaszkésség, tudatos élmény, stb.

37 Éber hüllő-tudat és mélyen alvó emlős tudat
Szegényes információfeldolgozás, a hüllők képtelenek az inger egyszerre több jellemzőjére reagálni, nincs szenzoros integráció Példák a hüllőagy működésére: Alvajárás: az ősi hüllőagy működése? Csökkent vérátáramlás a magasabb rendű agykérgi területeken Fokozott véráramlás az ősi területeken (kisagy, vermis) Primér információfeldolgozás, sztereotip vagy impulzív viselkedés Vaklátás Primér informáciációfeldolgozás tudatos élmény hiányában Analógia az Emlősök alvásával: alvás, mint válogatás a fontos és lényegtelen ingerek közt (aludni vagy ébredni)

38 A neocortex álmokat generál

39 Rémálom mint hasznos szimuláció? (Revensuo, 2000)
Cél: A potenciális veszélyekkel kapcsolatos reakciók és viselkedések begyakorlása A rémálmok szimulálják a fenyegető helyzeteket, és így begyakorolhatjuk a megfelelő viselkedéseket, felkészülhetünk a várható veszélyekre

40 Álmodás, mint a múlt és a jövő szimulációja
Revensuo – Fenyegetettség szimulációs elmélet Az álmodás evolúciós előnyt jelent, mert modellezi a jövőbeli lehetséges fenyegető helyzeteket, és lehetővé teszi ezek gyakorlását egy biztonságos, mentális térben A természetben élő emlősök élete folyamatos élet-halál harc Nyomok az emberi álmokban: háborús, traumatizáló élmények utáni álmok Kritika: teleologikus értelmezés Álom, mint mentális szimuláció, mindig az organizmus adott igényeit követve NREM és REM számos funkciót szolgálhat, ahogy maga az ébrenlét is

41 Alvás és álomkutatás Tudat és (tudattalan) megértése
Törzsfejlődés a tudatállapotok fejlődésének megértése Agyműködés megértése a „zavaró” ébrenlét hiányában Új perspektívák: Alvás és tanulás, Tudatos Álom

42 Álomolvasás fMRI-vel Horikawa, T., et al. (2013). Neural Decoding of Visual Imagery During Sleep. Science, doi: /science

43

44 Köszönöm az ébrenlét és az alvás alatti komplex agymunkát!