محرومیت از خواب و تاثیر آن در توقف تولید پروتئین‌های حیاتی مغز
خواب پیوند محمکی با قدرت تفکر ما دارد؛ وقتی به اندازه‌ی کافی می‌خوابیم، بهتر می‌توانیم فکر کنیم و وقتی دچار بی‌خوابی هستیم، توانایی فکر کردن‌مان ضعیف می‌شود. چیزی که موجب این اثرات می‌شود، برای دانشمندان علوم اعصاب آشنا است: سیگنال‌های خارجی نور و تاریکی که به تنظیم ریتم‌های شبانه‌روزی ما کمک می‌کنند، روی ژن‌هایی که به‌عنوان زمان‌نگهدارهای درونی ما عمل می‌کنند و نیز نورون‌ها اثر می‌گذارند. اما اینکه این عوامل چگونه در تعامل با هم موجب تازه‌سازی مغز هنگام خواب می‌شوند، مشخص نیست. اکنون، یافته‌های منتشرشده‌ی حاصل از دو پژوهش در مجله‌ی Science، سیناپس‌ها (محل اتصال نورون‌ها به هم) را در مرکزیت این فرایند قرار می‌دهد. پژوهشگران نشان دادند سیناپس‌ها مکان به‌هم‌رسیدن آمادگی‌های درونی برای خواب و اثرات حاصل از رفتارهای مرتبط با خواب هستند. عوامل زمان‌نگهدار سلولی، طی پیش‌بینی زمان خواب، به‌طور ریتیمک مناطق اطراف سیناپس‌ها را برای تولید پروتئین‌هایی که در خواب ساخته می‌شوند، آماده می‌کنند. یافته‌های مطالعات جدید نشان می‌دهند که نورون‌ها در غیاب خواب، ساخت این پروتئین‌ها را کامل نمی‌کنند. رابرت گرینه، متخصص علوم اعصاب دانشگاه تگزاس که در این مطالعه مشارکتی نداشته است، می‌گوید:
نتایج این مطالعات نشان می‌دهد که مغز در حال آماده‌شدن برای رویدادی است، اما بدین معنا نیست که حتما این روند دنبال خواهد شد.
گرینه این مطالعات را جذاب می‌داند و می‌گوید آن‌ها ارتباط مشکوک طولانی‌مدت بین زمان‌نگهدار داخلی و رفتارهای خواب را تایید می‌کنند.
وقتی ما خواب‌آلود می‌شویم، دو عامل وارد عمل می‌شوند: نخست فشار خواب که وقتی مدت زمان بیداری طولانی می‌شود، موجب کشش ما به سوی رختخواب می‌شود و دوم، ساعت درونی ما که اعلام می‌کند زمان خواب فرارسیده است. در یکی از دو مطالعه‌ی مذکور، سارا نویا و همکارانش از موسسه‌ی داروشناسی و سم‌شناسی دانشگاه زوریخ نشان دادند که در موش، ساعت درونی، تنظیم‌کننده تولید ریتمیک دستورالعمل‌ها یا رونوشت‌هایی است که از روی آن‌ها پروتئین‌هایی ساخته می‌شود. آن‌ها متوجه شدند که فشار خواب و رفتن به بستر موجب آغاز مراحل نهایی تولید پروتئین می‌شود. پژوهشگران دریافتند در دو نقطه از زمان در طول ۲۴ ساعت شبانه‌روز، درست قبل از بیداری و خواب، در مناطق مغزی مرتبط با شناخت، میزان رونوشت‌های مورد نیاز برای ساخت برخی پروتئین‌ها افزایش پیدا می‌کند. رونوشت‌هایی که در زمان خواب افزایش پیدا می‌کنند، عمدتا مربوط به دستورالعمل ساخت پروتئین‌هایی هستند که تولید دیگر پروتئین‌ها را تنظیم می‌کنند؛ درحالی‌که دستورالعمل‌های تولیدشده در زمان بیداری، مربوط به پروتئین‌هایی هستند که در عملکرد سیناپس‌ها نقش دارند. موش‌هایی که فاقد ژن‌های اصلی درگیر در این فرایند بودند، این قله‌ها را نشان نمی‌دادند.
اگر یک چرخه‌ی خواب و بیداری منظم وجود داشته باشد، پروتئین‌های ساخته‌شده با استفاده از این دستورالعمل‌ها در هنگام سحر و غروب نیز اوج‌های مشابهی را نشان می‌دهند. پژوهشگران نشان دادند که در موش‌های محروم از خواب، سلول‌ها رونوشت‌های زیادی تولید می‌کنند اما پروتئین‌های مربوطه ساخته نمی‌شود. این نتیجه نشان می‌دهد که خواب مرحله‌ی نهایی تولید این پروتئین‌ها را تنظیم می‌کند.
البته تمام پروتئین‌هایی که سلول می‌سازد، لزوما وارد فعالیت نمی‌شوند. در پژوهش دیگری، فرانسیسکا برونینگ از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ این فرایند را مورد مطالعه قرار داد. اتصال یا حذف یک مولکول فسفات به‌عنوان مفصل لولایی برای روشن و خاموش کردن پروتئین عمل می‌کند. پژوهشگران دریافتند که سطوح پروتئین‌هایی که با فسفات علامت‌گذاری شده بودند نیز دوبار اوج گرفت که بیشترین اوج درست قبل از بیداری رخ داد. مانند پروتئین‌های مطالعه‌ی دیگر، محرومیت از خواب موجب هموار شدن این قله‌ها شد. کیارا سیرلی، دانشمند علوم اعصاب دانشگاه ویسکانسین-مدیسن که نویسنده‌ی تفسیری است که همراه این دو مقاله منتشر شده، می‌گوید پژوهشگران اندازه‌گیری‌های خود را هر ۴ ساعت یک بار تکرار کردند. این در حالی است که در مقالات گذشته معمولا طی ۲۴ ساعت فقط یک نقطه از زمان مورد بررسی قرار می‌گرفت. او می‌گوید، این تجزیه‌و‌تحلیلی جامع در سرتاسر چرخه‌ی نور و تاریکی است.
سیرلی بر اهمیت جداسازی مناطق سیناپسی که در آن مولکول‌ها تولید و انباشته می‌شوند، تاکید می‌کند. او می‌گوید پژوهشگران زمانی را که در آن رونوشت‌ها آماده می‌شدند و نیز زمانی که پروتئین‌ها ساخته یا مورد استفاده قرار می‌گرفتند، مشخص کرده‌اند. ماریا رابلز، دانشمند علوم اعصاب دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ نیز با اشاره به ارزشمندی این مطالعه ازنظر ایجاد تمایز بین مراحل تولید و فعالیت پروتئین‌ها می‌گوید که این یافته‌ها نشان می‌دهند، مغز مسیر ظریفی برای کنترل این مولکول‌ها دارد.
اکیلش ردی، دانشمند علوم اعصاب دانشکده‌ی پزشکی پرلمان در دانشگاه پنسیلوانیا که در این پژوهش‌ها مشارکتی نداشته است، می‌گوید:
اگرچه این مطالعات روی موش انجام شده، اما ثابت شده که مغز این جانوران جایگزین قابل اعتمادی برای مغز انسان است.
او می‌گوید، این یافته‌ها دارای نتایجی در ارتباط با چگونگی تثبیت خاطرات هنگام خواب هستند و تمرکز را مستقیما روی رویدادهای سیناپسی قرار می‌دهد.
رابلز با تاکید بر این موضوع که توسعه‌ی مداخلاتی برای تقویت حافظه و شناخت در آینده‌ی نزدیک ممکن نیست، می‌گوید: «این تنها قله‌ی یک کوه یخ پنهان در آب است.»