Vyspěte se na to!

Spánkem strávíme třetinu života. Co se během něj s námi děje? V poslední době se ukazuje, že kromě odpočinku a obnovy sil má mnoho dalších důležitých úkolů. Mimo jiné představuje nejlepší stav pro upevnění paměťových stop.

Podle naší intuitivní představy spánek slouží hlavně pro odpočinek a obnovu sil. Mimo jiné je dále důležitý pro termoregulaci, metabolickou regulaci i pro imunitu. V poslední době se také hovoří o dalším pravděpodobném důvodu, proč spíme. Zdá se, že spánek slouží pro uchování správných funkcí mozku. Je spojován s detoxikací mozku pomocí takzvaného glymfatického systému, s výměnou glykogenu, synaptickou plasticitou i pamětí. Zejména pro konsolidaci paměti a vytváření dlouhodobých paměťových stop spánek představuje optimální stav mozku.

Tři procesy paměti

Aby se jakákoliv informace stala vzpomínkou, musí se nutně objevit tři procesy paměti. Během získávání nové vzpomínky (učení) se senzorická informace zpracuje do podoby mentálních reprezentací. Dále při konsolidaci dojde ke stabilizaci vytvořené vzpomínky v dlouhodobé paměti a jejímu fyzickému uložení v mozku. Vybavování je charakteristické přístupností vzpomínky (vědomě i nevědomě) po jejím uložení. Učení a vybavování jsou funkce spjaté především s bdělostí, kdežto konsolidace probíhá při „offline“ stavech, zejména během spánku. Učení a konsolidace, dva navzájem vylučující se procesy, angažují překrývající se neuronální zdroje. Proto spánek, charakteristický redukcí příjmu vnějších informací, představuje ideální příležitost pro přenos naučených informací do dlouhodobých úložišť mozku.

Již klasické experimenty Hermanna Ebbinghause z roku 1885 poukázaly na ochranný účinek spánku na zapomínání nesmyslných slabik. Výzkumy Jenkinse a Dallenbacha na začátku 20. století pak nalezly, že vzpomínka může být lépe zachována po období spánku v porovnání se stejným obdobím bdělosti. Po objevu rozdílných stádií spánku se začal rozvíjet výzkum, který měl určit vliv různých spánkových fází na jednotlivé druhy paměti.

NREM spánek (bez rychlých očních pohybů, zahrnuje povrchní i hluboké fáze) je spojován zejména s deklarativním typem paměti. Deklarativní paměť se dělí na paměť epizodickou, obsahující vzpomínky vázané na určitý čas a místo (např. svatba kamaráda), a paměť sémantickou, umožňující vybavit si fakta bez spojitosti s určitým místním a časovým kontextem (např. nejvyšší hora ČR).

REM spánek (s rychlými očními pohyby, bohatý na snění) naopak spíše souvisí s konsolidací emoční paměti a procedurálních vzpomínek, tedy dovedností, jak se věcí dělají (např. jízda na kole). Otázka, která stádia spánku jsou důležitá pro jednotlivé druhy paměti, je však složitá a nové teoretické a výzkumné poznatky dále osvětlují mechanismy procesu konsolidace paměti a jejich implikace nejen pro běžný život.

NREM spánek a paměť

Existuje několik modelů, které se snaží objasnit způsob, jakým se paměť konsoliduje během noci. Prvním takovým modelem je „hipokampo-neokortikální dialog“, během něhož se přes den naučené informace uložené v prozatímním úložišti hipokampu v noci přenesou do širších oblastí kortexu, kde jsou uloženy dlouhodobě a stabilněji. Během spánku dochází k přehrávání naučených informací v rozhovoru mezi hipokampem a neokortexem, vývojově mladší mozkovou kůrou. Výzkumy na laboratorních potkanech ukázaly, že po navigačním učení v bludišti dochází k aktivaci stejných neuronů během spánku, jež byly aktivní během učení. Nejenže jsou aktivovány stejné neurony, ale tento proces se odehrává ve stejném sledu jako při bdění a navíc v časově zkomprimované podobě. Přehrávání informací během spánku probíhá asi deset až dvacetkrát rychleji než při učení.

Dialog mezi hipokampem a neokortexem probíhá zejména v hlubokém spánku, který je charakteristický pomalými oscilacemi. Tato nejhlubší podoba spánku udává a synchronizuje rytmus celého mozku. Umožňuje tím dalším oscilacím spojeným s konsolidací paměti (komplexy hipokampálních ostrých vln a vysokofrekvenčních oscilací či spánková vřeténka), aby díky optimální časové koincidenci umožnily co nejefektivnější komunikaci mezi různými mozkovými oblastmi a přenos informací samotných.

Dalším modelem, který se zabývá mechanismem konsolidace paměti během spánku, je „hypotéza synaptické homeostázy“. Synapse zajišťuje spojení mezi dvěma neurony, díky němuž spolu mohou neurony komunikovat (pomocí nervových vzruchů a chemických látek). Podle zmíněného modelu spánek přispívá k regulaci synaptické konektivity, zejména v mozkové kůře. Během učení a formování paměti dochází k saturaci synaptických spojení. Právě hluboký spánek s pomalými oscilacemi umožní jejich desaturaci a snížení synaptických spojení do takové míry, která je blízká původnímu stavu před učením. Spánek podle této hypotézy umožňuje zefektivnění synapsí a následně i paměťových stop. Zároveň zabraňuje přetížení synaptických spojení.

Obě teorie se nutně nemusí vylučovat, naopak nabízí prostor pro vzájemné doplnění. Celý proces konsolidace deklarativní paměti během noci může být přirovnán k sochařství. Během dne člověk nashromáždí na mozkovém podstavci hmotu plnou informací. Dalším krokem je hrubé tvarování a tesání nejsilnějších a nejdůležitějších součástí informací, ze kterých se stane socha. Pro tvarování je ideální doba pomalovlnného spánku. Dalším tvarováním a detailním propracováním během následných stádií spánku a jejich opakováním dochází k vytvoření finálního díla, uložené vzpomínky. Zároveň dojde k úklidu synaptických spojení podstavce, na kterém se bude moci tvořit nové dílo další den.

REM spánek a paměť

Role REM spánku byla v poslední době spatřována zejména ve zpracovávání emocí a emoční regulaci. Současná hypotéza „Spánek pro zapomínání, spánek pro pamatování“ popisuje, jak může REM spánek sloužit ke zpracování emočních vzpomínek. Podle této teorie spíme, abychom zapomněli emoční tón vzpomínky, avšak také abychom si pamatovali vzpomínku samotnou. Během REM spánku dochází k oddělení emočního náboje od paměťové stopy. Celý obrázek této hypotézy však není ucelený, a je proto stále neznámou, zda konsolidace emočně nabitých vzpomínek probíhá jinak než u emočně neutrálních vzpomínek, nebo je odrazem stejného procesu obohaceného o emoční náboj.

U paměťových úkolů se silnou procedurální komponentou, např. při učení neznámým motorickým úkonům (cvičení na trampolíně),  se následně zvyšuje výskyt REM spánku. Vliv REM spánku na paměť je dokonce patrný od útlého dětství, již u novorozenců se REM zmnožuje po úspěšném nácviku motorické odpovědi – otočení hlavy. Deprivace REM spánku pomocí cíleného probouzení v této spánkové fázi či pomocí spánkové deprivace v druhé polovině noci, která je bohatá na REM spánek, odpovídajícím způsobem vede k horšímu výsledku v testech procedurální paměti.

Ačkoliv konsolidace deklarativní paměti probíhá primárně během NREM spánku, REM spánek se zřejmě na procesu také podílí. Jeho význam pravděpodobně stoupá se vzrůstající komplexností paměťové úlohy. U jednoduchých verbálních deklarativních úkolů nebyla role REM prokázána, avšak s větší komplexností paměťových testů a také například po intenzivním období učení (např. na zkoušky) bylo ovlivnění REM spánku evidentní. Podle hypotézy „aktivní konsolidace“ se funkce REM i NREM spánku navzájem překrývají a doplňují. NREM spánek stimuluje redistribuci vzpomínek mezi mozkovými strukturami a REM spánek slouží k následnému zpracování vzpomínek v rámci jednotlivých částí mozku. Vzájemná interakce mezi REM a NREM je proto patrně nezbytná pro správnou konsolidaci paměti během spánku.

Cílená reaktivace paměti během spánku

Dalším krokem kupředu je využití znalostí o propojení spánku a paměti a jejich aplikaci v životě. Dal by se spánek například využít k vylepšení paměti?

Představme si ideální situaci, kdyby se nám během spánku uložily informace, které potřebujeme, nebo vymazaly informace, které nechceme. Zatím je tato možnost stále hypotetickou, ale určité pokroky v této oblasti již byly zaznamenány.

Experimentálně byl testován např. princip reaktivace, při kterém je během učení člověk stimulován určitým senzorickým vjemem, který je mu pak znovu prezentován během spánku. Například pomocí čichové stimulace vůní růže během učení a následně během pomalovlnného spánku si lidé pamatují naučené informace lépe, než bez stimulace.

Ke zlepšení paměti během spánku byla využita i akustická stimulace. Zvukové signály korespondující s podnětem (např. syčení u obrázku konvice) byly prezentovány jak během učení, tak během hlubokých stádií spánku a vedly k signifikantnímu zlepšení paměti druhý den. Akustickou stimulaci vědci dovedli o krok dál, když ji vyzkoušeli i bez prezentace stimulu během učení. V přesně vymezených fázích pomalých oscilací hlubokého spánku byl přehrán tón, který tyto oscilace zvýraznil, a tím uměle prohloubil spánek. Druhý den po stimulaci došlo ke zlepšení paměti.

Testovány jsou i další techniky nad rámec podnětové stimulace. Například pomocí transkraniální magnetické stimulace (TMS), neinvazivní a bezpečné metody, která využívá magnetické pole k vytváření elektrických výbojů v oblasti zájmu v mozku, se vědcům podařilo stimulovat pomalovlnný spánek. Výsledkem bylo opět zlepšení paměti druhý den.

Výzkumy tohoto typu mohou nalézt využití nejen v případech, kdy si budeme například přát zlepšit paměť, ale také tehdy, budeme-li chtít zapomenout na něco nepříjemného. Není vyloučeno, že v klinické praxi bude jednou možné manipulaci paměti využít při léčbě traumat, fobií, či neurodegenerativních a jiných onemocnění ovlivňujících paměťové funkce.

Ačkoliv je vzrušující sledovat pokroky vědců v oblasti cílené reaktivace paměti a ovlivňování její konsolidace či rekonsolidace, stále nás ještě čeká dlouhá cesta nejen k dokonalejší schopnosti manipulovat s pamětí, ale i k pochopení všech mechanismů, které jsou během zpracovávání paměti v průběhu spánku zapojeny. Vše s sebou navíc přinese i nové etické problémy, které bude nutno vyřešit. Naštěstí se prozatím nemusíme obávat. Pro případy, kdy si budete potřebovat něco dobře pamatovat, platí v tuto dobu nejlepší a nejjednodušší rada: Vyspěte se na to!