Neurogenetik: Občas je dobré na nič nemyslieť, príliš veľa podnetov škodí bunkám v mozgu

Hlavné dôvody, prečo spíme, stále nepoznáme, hovorí vedec Tomáš Eichler. „Spánok ako forma adaptívnej neaktivity je podobne prospešný a prirodzený ako pokojná myseľ, respektíve stav meditácie,“ vraví Eichler.

Vedec Tomáš Eichler. Foto – archív T. E.

TOMÁŠ EICHLER je neurogenetik. Zaoberá sa výskumom správania mozgu, buniek a molekúl. V rozhovore sme sa ho pýtali na jeho nedávno publikovanú štúdiu v časopise Science, v ktorej na modelovom červovi skúmal mechanizmy zaspávania a prebúdzania sa. Opýtali sme sa aj na momentálny stav vo výskume mechanizmov spánku či na jeho názory na meditáciu.

Počas doktorátu ste sa venovali štúdiu procesov prebiehajúcich počas spánku. Prečo ste sa rozhodli venovať práve tejto problematike?

Spánok je jedným z najzáhadnejších procesov na svete, ktorý ľudí fascinuje už stáročia. Je to dostatočne ťažký, nepochopený, všadeprítomný a takmer každodenný proces. Do jeho pochopenia sa oplatí investovať veľké úsilie. Sám seba som sa pýtal, ako by som mohol skombinovať vedomosti a zručnosti nadobudnuté predošlými skúsenosťami z laboratórií v Bratislave a vo Viedni s novými možnosťami, ktoré ponúkalo doktorandské štúdium. Kedysi som neznášal genetiku, no vedel som, že ju neskôr budem potrebovať skutočne na všetko. Neskôr ma genetika začala baviť, bol som posadnutý genetikou správania a nakoniec som ju naozaj začal aplikovať na štúdium genetického riadenia spánku.

Išlo o známu tému výskumu, alebo o úplne novú problematiku?

Tému som si vymyslel sám. Laboratórium Manuela Zimmera, u ktorého končím doktorát, bolo pred mojím príchodom zamerané na štúdium čuchu a súvisiacich vrodených správaní pri červoch Caenorhabditis elegans. V tom čase existovalo vtedy 10 mesiacov. Využil som, že laboratórium malo veľmi dobrý základ na výskum vnímania, a zameral som sa na vnímanie počas spánku. V tom čase to bolo niečo úplne šialené, v databáze publikácií PubMed bolo publikovaných len 9 článkov, ktoré priamo súviseli s touto témou. V porovnaní s tisíckami článkov o iných problematikách ide o pole neorané. Mal som nápad, ako skúmať čuchové vnímanie počas spánku a zároveň využiť manipulovanie čuchom na preskúmanie zaspávania a zobúdzania sa červov. Bol to dostatočne unikátny, ambiciózny, ale aj riskantný plán, ktorý sa nakoniec podaril.

TOMÁŠ EICHLER (30)

je neurogenetik. Magisterské štúdium absolvoval na Univerzite Komenského v Bratislave, kde sa začal zaujímať o behaviorálnu genetiku a fyziológiu. Doktorandské štúdium zamerané na molekulárnu biológiu a neurovedy absolvoval vo Viedenskom výskumnom inštitúte molekulárnej patológie (IMP), kde ho viedol Manuel Zimmer. V rokoch 2012 až 2014 Eichlera odmenili prestížnym doktorandským štipendiom Boehringer Ingelheim Fonds (BIF), ktoré získal ako prvý Slovák. Momentálne pracuje vo Viedenskom výskumnom inštitúte molekulárnej patológie a v Inštitúte evolúcie a kognitívneho výskumu Konráda Lorenza (KLI) v Klosterneuburgu (pri Viedni). V júni mu vyšiel článok v špičkovom časopise Science, kde sa venoval výskumu spánku na modelových červoch.

Ako prijala vaše ambiciózne nápady vedecká obec?

Spočiatku bolo veľmi zložité, takmer nemožné, presvedčiť iných vedcov, že aj červy spia. Hoci to už bolo niekoľkokrát odpublikované. Veľa ľudí náš výskum kritizovalo, lebo lethargus, teda fáza červov, počas ktorej je možné predpovedateľne pozorovať spánok, predchádza zvliekaniu. Veľa ľudí si myslelo, že tie zvieratá sa stanú nehybnými iba kvôli vývinu, no nie je to tak. Ak sme ich totiž zobudili, začali sa normálne správať a normálne sa vyvinuli. Ide teda o vratný proces.

Okrem nás existuje ešte aspoň 30 podobne zameraných laboratórií, ktoré sa však venujú výlučne spánku červov. Počas experimentov nás iní vedci predbehli štyrikrát. Tieto výsledky sme preto nemohli publikovať, no bola to veľmi dobrá kontrola toho, že naše výsledky boli správne. Náš výskum je unikátny, vďaka čomu sa mi podarilo získať prestížne Boehringer Ingelheim Fonds (BIF) štipendium. Nemohli sme vedieť, či niekto iný na svete nerobí niečo podobné a či nás nepredbehnú. To je dôvod, prečo sa štúdia v Science uverejnila v minimálnom možnom publikovateľnom rozsahu a čo najrýchlejšie. Zvyšok výsledkov spisujem teraz, pôjde však o oveľa zložitejší a komplexnejší príbeh. Bude to teda o niečo menej sexy a pôjde to do iného časopisu ako Science.

Dali by sa poznatky z vášho výskumu využiť na vývoj liečiv porúch spánku?

Naše zistenia môžu pomôcť s nápravou porúch spánku, ale tam sa to nekončí. Užitočné sú aj pre lepšie porozumenie o všeobecnom fungovaní mozgu. Naše objavy by tiež mohli objasniť, ako sa nervový systém vyvinul počas evolúcie. Každý organizmus s nervovým systémom má určitú formu spánku a je vysoko pravdepodobné, že spánok je neoddeliteľnou súčasťou evolúcie mozgu. Navyše, takmer všetky organizmy, nielen zvieratá, vykazujú adaptívne stavy pokoja.

Prominentný neurobiológ György Buzsáki na univerzite v New Yorku je autorom populárnej hypotézy, podľa ktorej je spánok východiskovým stavom nervového systému. Lenže mozog máme na to, aby sme pomocou pohotových reakcií vhodne zareagovali na zmeny prostredia. Ako je to teda? Naše objavy môžu ukázať, ako je možné, že nie sme neustále v kóme, ale dokážeme aktivovať nervový systém, pohotovo reagovať a udržať stav bdenia na dlhší čas. Tento proces sa nazýva dráždivosť nervového systému (z angl. arousal), čo je predpokladom vedomého vnímania a zodpovedajúceho správania.

Červy C. elegans sú vhodný kandidát na váš výskum najmä pre svoju jednoduchú nervovú sústavu. Existuje nejaká alternatíva, napríklad umelý systém ľudských neurónov na čipe?

C. elegans je jediný genetický modelový organizmus s dostupnými nástrojmi molekulárnej biológie a s kompletne zmapovaným nervovým systémom. Navyše, tieto červy majú takmer rovnaký počet génov ako človek (okolo 20-tisíc) a takmer všetky neurotransmitery. Oproti človeku nemajú iba histamín, adrenalín a noradrenalín. Tieto červy spia predpovedateľným spôsobom, preto som mal možnosť vyvinúť spoľahlivú a robustnú metódu na skúmanie spánku, bdenia a prechodov medzi nimi.

Podľa môjho názoru je lepšie pozorovať celé a nepoškodené zviera a jeho nervový systém počas spoľahlivo určeného spánku, ako hádať, či zhluk nervových buniek človeka spí, alebo nie. Verím, že optimalizovaný umelý systém ľudských neurónov raz pomôže objasniť niektoré signalizačné procesy a farmakologické testy, ale je to stále vytrhnuté z kontextu organizmu, čo je veľkou prekážkou. Ani červy, ani ľudia nie sú len sieťkou neurónov alebo mozgom na paličke. Spánok toho ovplyvňuje oveľa viac ako len nervové bunky.

Podľa vašich výsledkov môže spánok predstavovať základný stav nervovej sústavy červov C. elegans, do ktorého upadnú, ak nemajú dostatok podnetov z prostredia. Existuje tu nejaká súvislosť so spánkom ľudí?

Existuje niekoľko kľúčových znakov spánku, ktoré sú spoločné pre všetky zvieratá. Napríklad zvýšený prah dráždivosti, čo znamená, že je potrebná oveľa silnejšia stimulácia na dosiahnutie takej istej reakcie ako počas bdelosti. Počas spánku si nemusíme všimnúť hladkanie, no úder kladivom budeme cítiť rovnako v spánku aj počas bdenia. Červy aj všetky iné zvieratá spia v predpovedateľnom čase a majú určitú typickú polohu tela, keď spia. Zaujímavá je aj takzvaná homeostatická regulácia, čo znamená, že oddiaľovanie spánku zvýši potrebu zaspať, urýchli zaspávanie a predĺži spánok.

Nastáva prechod zo spánku do bdelosti sám, teda neregulovane, alebo ostáva aj počas spánku istá časť neurónov činná, aby spustila proces prebúdzania sa?

Zobúdzanie sa je samovoľné aj navodené. Hlavné systémy riadenia spánku sú biologické rytmy a homeostáza, ktoré interagujú s dráždivosťou. Prirodzené a spontánne zobúdzanie sa regulujú biologické hodiny. Homeostáza, teda udržiavanie vnútornej rovnováhy, však tiež riadi dĺžku spánku podľa potreby organizmu. Čím dlhšie sme bdelí alebo inak zaťažujeme telo, tým dlhšie potrebujeme spať, aj keď podľa biologických hodín by sme mali mať iný plán. V našom článku v Science sme poskytli rozhodujúci dôkaz, že určité špecifické neuróny zostávajú v pozore a dokážu aktivovať celý nervový systém, ak je to potrebné. Spánok preto nepredstavuje úplné vypnutie nervového systému.

Prečo živočíchy potrebujú spať?

Hlavné dôvody, prečo spíme, nie sú stále jasné. Sú rôzne skupiny teórií, prečo spíme. Spánok zažívame alebo nezažívame každú noc, a preto je zrejmé, že je dôležitý, no nevieme presne prečo. Keď organizmy spia, riskujú napadnutie predátorom. Počas spánku nemajú živočíchy prístup k potrave a nemôžu sa páriť alebo inak socializovať. Napriek tomu všetci spíme, spánok teda rozhodne musí byť na niečo dobrý.

Jedna skupina teórií tvrdí, že spíme preto, aby sme šetrili energiou. Lenže samotný výdaj energie nie je počas spánku znížený natoľko, aby išlo o významný efekt. Druhá kategória teórií tvrdí, že spíme preto, aby sme sa opravili, aby sme si vytvorili minuté neurotransmitery a zbavili sa odpadu, toxínov. Na tom by niečo mohlo byť, no nestačí to na vysvetlenie celého fenoménu spánku. Podľa ďalšej teórie spíme pre lepšie formovanie spomienok a učenie sa.

Ku ktorej z týchto teórií sa prikláňate vy?

K detoxikačnej a učenlivej teórii. Nedávno pribudli ďalšie dôkazy v ich prospech. Samozrejme, je možné, že všetky sú pravdivé, ale to, v akom rozsahu, ešte stále nevieme.

Ako sa dá zvýšiť kvalita spánku?

Pomôcť by mohla napríklad meditácia - popri zdravej životospráve. Podobne ako spánok, aj meditácia má viaceré publikované účinky. Napríklad zväčšuje šedú mozgovú kôru, prehlbuje vlny REM aj nonREM spánku, predlžuje teloméry a znižuje poškodenie súvisiace so starnutím. Meditácia navyše zlepšuje celkovú kvalitu spánku. Momentálne pracujem na Výskumnom inštitúte Konrada Lorenza (KLI) v Klosterneuburgu, kde som už prednášal aj o meditácii a jej výhodách. Dalo by sa to vnímať ako istá forma vedeckej samovraždy, keď vedec prednáša o takej téme, no opak je pravdou, najmä v dnešnej dobe. Nejde o žiadnu ezoteriku, prednášal som svoj názor, ale aj prehľad už publikovaných výskumov.

Veľa ľudí si myslí, že čím sú aktívnejší a čím viac trénujú a zaťažujú mozog, tým lepšie. Lenže prílišná aktivita je pre neuróny toxická, každý jeden stimul a každá reakcia nervovej bunky takú bunku poškodzujú. Dochádza k tvorbe voľných radikálov a počas bdenia je ich oprava neefektívna. Nie iba aktivita nášho mozgu je v našom živote dôležitá, no aj neaktivita. Inými slovami, to, čo robíme počas noci, je podľa mňa dôležitejšie ako hocičo iné, čo robíme počas dňa.

Ako by sme mali meditovať?

Meditácia je moja záľuba. Nie je to stav tranzu, ide skôr o stav bez myšlienok. Každý človek by mal meditovať ako vedec a skeptik. To znamená neveriť všetkému bez preverovania. Meditácia je experimentálna, človek by si mal sám vyskúšať, čo pri meditácii zažíva, aby vedel, ako zážitok nemyslenia prežíva. Ten je oveľa dôležitejší ako čítanie o meditácii a rozprávanie o nej. Treba to zažiť a potom bude človek vedieť, kedy medituje.

Nemusíme vedieť, ako funguje meditácia, a nemusíte ani poznať všetky účinky meditácie na to, aby sme meditovali. Ľuďom hľadajúcim bezpečné formy meditácie by som poradil, aby sa vystríhali ľudí, ktorí si pýtajú za meditáciu veľké peniaze. To je jedným z najspoľahlivejších spôsobov, ako rozoznať šarlatánov. Meditácia síce nie je náboženstvo, ale okrem fyzických účinkov vplýva aj na duchovný rast. A za ten by sa nemalo platiť.

Netreba kvôli tomu ani sedieť so skríženými nohami, aj keď to môže za určitých okolností pomôcť. Podľa mňa väčšina čitateľov mohla zažiť stav meditácie samovoľne v prírode, lebo tá nás najlepšie čistí. Zhrnul by som to tak, že počas evolúcie sme sa nevyvinuli na to, aby sme boli chorí a vystresovaní. Problémy nastávajú, ak dávame našim génom nesprávne signály. Čoraz viac dôkazov naznačuje, že spánok ako forma adaptívnej neaktivity je podobne prospešný a prirodzený ako pokojná myseľ, respektíve stav meditácie. V dnešnom svete plnom stimulov a prehnanej aktivity podľa mňa zaváži, čo robíme, respektíve nerobíme v noci.

Rozhovory

Dnes na DenníkN.sk

Najčítanejšie

| |