Gener styrer vårt indre urverk

Det er ingen tvil om at søvnen på flere måter blir påvirket av døgnets regelmessige gang med lyse og mørke timer. Alle dyr – og planter – har et indre, biologisk urverk som regulerer en rekke fysiologiske, biokjemiske og atferdsmessige prosesser. Den biologiske klokken styres av en rekke gener som påvirker hverand­res aktivitet i en komplisert innbyrdes sammenheng som gjør at de er aktive og passive i en regelmessig rytme. Det indre urverket er helt selvgående med en syk­lus på omtrent 24 timer, men det påvirkes av lys som får det til å finjustere eller kalibrere seg selv to ganger i døgnet, nemlig midt på dagen og ved midnatt.

Biourverket er hjemmehørende i hypotalamus, som ligger langt inne i storhjernen, og derfra gir det beskjed om ”hvor mye klokken er” til resten av hjernen. Parallelt med at det biologiske urverket får oss til å sove på et bestemt tidspunkt på døgnet, sørger en slags ind­re termostat for at vi blir trette etter å ha vært våkne i en viss tid. Noen av hjernens nerveceller i hypotalamus skiller blant annet ut hormonet oreksin som får hjernen til å våkne og forbli våken.

Søvnplager skader pasienter

I hjernestammen danner de vekkede nervecellene stoffet adenosin, som hoper seg opp i løpet av dagen. Dette stoffet virker hemmende nettopp på de nervecellene i hypotalamus som fikk hjernen til å våkne, så når konsentrasjonen av adenosin i hjernen blir tilstrekkelig stor, begynner produksjonen av oreksin igjen å falle. Mange andre stoffer – blant annet melatonin – bidrar til å opprettholde vekselvirkningen mellom søvn og våken tilstand, og det er denne mekanismen som gjør at man etter en periode med for lite søvn opplever et søvnunderskudd.

Forskerne kjenner til en rekke av de genene og områdene av hjernen som er delaktig i å regulere søvnrytmen, og hvis de muterer, skades eller påvirkes av sykdom, har det ofte en klar innvirkning på søvnen. I 2009 kunne følgelig den italiens­ke legen Roberto Vetrugno ved universitetet i Bologna melde om to personer på rundt 50 år som led av sykdommen multiple system atrophy (MSA), som får nervecellene i visse deler av hjernen til å degenerere og dø.

Hos disse to pasientene hadde sykdommen slått til mot hjernens evne til å justere balansen mellom søvn og våken tilstand, og resultatet var at pasientene aldri egentlig sov. Når de gikk til sengs om kvelden, gled de inn i en svært urolig tilstand der hjerne-bølgene bare rent unntaksvis kunne minne om dem man pleier å kunne registrere i løpet av de fire søvnfasene.

Begge pasientene sov bare den lette N1-søvnen pluss REM-søvnen, som ga voldsomme drømmer der mennene gikk omkring og gjorde bevegelser med kroppen og snakket og ropte høyt. Den merke­lige søvnen varte bare i noen minutter om gangen og ble avbrutt flere ganger i løpet av natten av korte perioder da personene var våkne, men led av kraftige hallusinasjoner og forvirring. Ved å ta i bruk MR-skanninger kunne Roberto Vetrugno påvise at pasientene hadde skader i de delene av hjernestammen som styrer døgnrytmen, og at det var årsaken til tilstanden man hadde observert.

Faller i søvn på jobben

En vanligere søvnlidelse er narkolepsi, som skyldes at hypotalamus inneholder for få oreksinproduserende celler. Det gjør at hjernen har vondt for å holde seg selv våken, og derfor kan pasientene uventet sovne midt på dagen, også mens de utfører arbeidsoppgaver. Selv etter å ha tatt en lur blir de fort trette igjen, og når søvnen melder seg, er det vanskelig om ikke helt umulig for pasientene å holde seg våkne. En annen søvnlidelse, FASPS (familial advanced sleep-phase syndrome), er arvelig og påvirker det biologiske urverket slik at pasientenes døgn­rytme er skrudd cirka fire timer frem. De legger seg altså veldig tidlig og står tilsvarende tidlig opp, men ellers har de ingen problemer med søvnen.

Natten får bukt med frie radikaler

Selv om forskerne vet mye om mekanismene som regulerer den daglige vekselvirkningen mellom søvn og våken tilstand, kan de ikke forklare formålet med søvn. Selv om Jerome Siegel påstår at dyr sover bare når de ikke har noe annet å ta seg til, viste hans egen undersøkelse om dyrs søvnbehov faktisk også en annen sammenheng som umiddelbart forklarer denne teorien.

Det viste seg nemlig at små dyr – som har en stor overflate i forhold til den beskjedne vekten, og derfor må spise mye for å holde varmen – i sin alminnelighet sover mer enn store dyr. Som et tommelfingeranslag kan man si at hver gang et dyr blir ti ganger så tungt, reduseres søvnbehovet per døgn med en og en halv time. Den amerikanske fors­keren forklarer denne tilsynelatende inkonsekvensen med å si at nettopp de små dyrene, som lett kan fryse, har nytte av å oppsøke et varmt hi og spare på energien ved å sove mye.

Men de små dyrenes høye stoffskifte fører også til at cellene i kroppen danner mange av de skadelige frie radikalene (reaktive oksygenforbindelser) som ødelegger cellemembraner, proteiner og DNA og dermed virker inn på aldringsprosessene. Når dyrene sover, faller stoffskiftet, og det gir kroppen muligheten til å uskadeliggjøre de oppsamlede frie radikalene. Allerede i 2002 kunne Jerome Siegel påvise at hvis en rotte ble hindret i å sove, steg mengden av frie radikaler i hjernen på den. Søvnen kan følgelig fungere som en måte å beskytte nervecellene i hjernen på, og andre forskere har gjort forsøk som tyder på at søvn også kan stimulere til dannelse av nye nerveforbindelser. Det har blant annet vist seg at flere gener som medvirker i disse prosessene, i særlig grad aktiveres under søvn, og at aktiviteten hemmes i søvnfattige perioder.

Søvnen hjelper immunforsvaret

En rekke undersøkelser av både dyr og mennesker tyder dessuten på at immunforsvaret er avhengig av god nattesøvn for å kunne virke på best mulig vis. Monica Ley Andersen ved Universidade Federal de São Paulo i Brasil påviste i 2007 hvordan søvnmangel påvirket antallet hvite blodlegemer hos rotter.

I 21 dager fikk dyrene bare lov til å sove åtte–ni timer i døgnet når de vanligvis ville ha sovet i minst 12 timer. Etter tre uker var antallet hvite blodlegemer falt med 20 prosent i forhold til normaltsovende rotter. Reduksjonen var faktisk hele 40 prosent for de såkalte lymfocyttene – en spesiell type hvite blodlegemer som spiller en viktig rolle for immunforsvaret. Konsekvensen av det lave antallet hvite blodlegemer kan ifølge forskerne kanskje være at dyrene blir mer utsatt for infeksjonssykdommer.

Det er ennå ikke helt på det rene hvordan søvnmangel kan svekke immun-forsvaret og hormonproduksjonen. Men man vet at det biologiske urverket på-virker mange kroppsfunksjoner, også utskillelsen av et antall hormoner. Selv om søvnmangel ikke nødvendigvis får den indre klokken til å gå galt, er det slett ikke utenkelig at det eksisterer en sammenheng.

Men søvnens evne til å styrke immunforsvaret og regulere hormon-produksjonen kan ikke i seg selv være noe avgjørende argument for hvorfor vi må ha søvn, for det er ingen grunn til å tro at disse viktige prosessene nødvendigvis må finne sted i søvnens bevisstløse tilstand. Ergo må søvnen ha et annet formål som krever at bevisstheten og hjernens normale aktivitet er frakoblet.

Jan Born og kollegaen Susanne Diekel-mann, begge ved universitetet i Lübeck i Tyskland, tror de vet hva formålet er. De to forskerne har i mange år jobbet med hukommelsens virkemåte, og der spiller søvnen en viktig rolle.

Mennesket og de fleste andre dyr kan i utgangspunktet bare lagre ny kunnskap to forskjellige steder, nemlig i korttids- og langtidshukommelsen. For å si det enkelt jobber korttidshukommelsen raskt og effektivt, det vil si at den bare trenger å presenteres for nye opplysninger én gang før de blir lagret i hukommelsen. Men korttidslageret er bare midlertidig; for å klare å holde fast på den nye innsikten må den flyttes over i langtidshukommelsen, som langt ifra er like lærevillig. Der må den nye kunnskapen gjentas utallige ganger før den fester seg for godt, og det er i denne sammenhengen søvnen spiller en avgjørende rolle.

Minner blir gjentatt i hjernen

En rekke undersøkelser som Born og flere andre forskere står bak, tyder nemlig på at når vi sover, spiller langtidshukommelsen av alt av minner om og om igjen, og at resultatet av prosessen er at de til slutt brenner seg fast i hukommelsen. Det er kanskje denne prosessen som er det grunnleggende formålet med søvnen, og Susanne Diekelmann uttrykker det slik: ”Denne konsolideringen i langtidshukommelsen kan bare skje i besvisstløs tilstand fordi den krever en aktivering av de samme nevrale nettverkene som hjernen bruker for å håndtere informasjon i våken tilstand.”

Skulle prosessen ha foregått mens vi var våkne, ville langtidshukommelsen hele tiden ha vært travelt opptatt med å gjenoppfriske alt vi hadde lært og opplevd tidligere på dagen. Da ville langtidshukommelsen fått mindre tid til å tilegne seg ny kunnskap og nye erindringer fra korttidshukommelsen.
I 2007 utførte de tyske forskerne et forsøk der de utnyttet søvnen til å forbed­re testpersonenes prestasjoner i hukommelsesspillet ”Memory”. Det går ut på at 30 kort med parvis like motiver ligger med baksiden opp foran forsøkspersonene, og når man snur to kort om gangen, gjelder det å huske hvor motivene ligger. Tanken bak forsøket var at langtidshukommelsen i løpet av natten ville repetere plasseringen av hvert enkelt kort slik at de kunne brenne seg fast i hukommelsen mens testpersonene sov.

Duft antyder søvnens funksjon

I et forsøk på å stimulere konsolideringsprosessen ble noen av forsøkspersonene omgitt av en behagelig roseduft mens de spilte, og de ble utsatt for den samme duften mens de sov. Dermed knyttet fors­kerne minnet om memoryspillet til roseduften, slik at den behagelige angen i løpet av natten skulle aktivere langtidshukommelsen og stimulere den til å repetere kortenes plassering ekstra mange ganger. Forskerne brukte duftstimuli i tillegg fordi også luktesansen er svært aktiv om natten, til forskjell fra for eksempel både syns- og hørselssansen.

Forsøket viste at når både innlæringen og den påfølgende søvnen ble fulgt av den samme duften, var testpersonene betydelig flinkere til å huske kortenes plassering neste morgen enn hvis de ikke var blitt stimulert med duft. Følgelig kunne forskerne notere støtte til teorien om at søvnen benyttes til å brenne fast minner i langtidshukommelsen, men de kunne også fastslå i hvilken av de fire søvnfasene prosessen foregikk. Det viste seg nemlig at innlæringen bare ble forbed­ret hvis duften under den påfølgende søvnen ble introdusert mens testpersonene befant seg i den dype søvnen i N3-fasen, som vanligvis forekommer i første halvdel av en normal nattesøvn.

Andre forskere har gjort lignende forsøk, og både den dype N3-søvnen og REM-fasens drømmesøvn har trolig betydning for konsolideringen av erindringer i langtidshukommelsen. Imidlertid ser det ut til at hver søvnfase tar seg av en bestemt type minner. Når man sover dypt, langtidslagres den såkalte deklarative hukommelsen som omfatter beviss­te minner av faktapreget karakter, mens drømmesøvnen håndterer den prosedyre-pregede hukommelsen som er en mer ubevisst kunnskap om hva vi for eksempel gjør når vi sykler eller svømmer.

Men ikke alle forskere er overbevist om at søvnen har noen avgjørende innvirkning på hukommelsen. En av skep-tikerne er Jerome Siegel. Han hevder at mange av forsøkene konkluderer feil fordi de er basert på personer som får søvnregulerende midler, er stresset over å være forsøksdeltager eller har pådratt seg hjerneskader, og at disse forholdene i seg selv i betydelig grad kan påvirke innlæringsprosessen. Dessuten påpeker han, som andre kritikere, at atskillige forsøk ikke indikerer sammenheng mellom søvn og hukommelse, men at disse resultatene blir underslått i debatten.

Ingen vet hvorfor vi drømmer

Det er nærliggende å tro at drømmer kan oppstå i forbindelse med at langtidshukommelsen repeterer dagens begivenheter når vi sover – ikke minst i forbindelse med de prosedyrepregede minnene som nettopp bearbeides i løpet av REM-fasens drømmesøvn. Imidlertid er det fortsatt langt ifra sikkert at det eksisterer noen forbindelse mellom de to fenomenene, så forskerne står egentlig på bar bakke når det gjelder å forsøke å forklare hva som er grunnen til at vi drømmer.

Mange teorier er blitt lansert, og en av de eldste og mest seiglivede går ut på at vi drømmer fordi hjernen sorterer det vi har av minner i to hauger, de som det er verdt å lagre, og de som man like gjerne kan glemme med det samme. En annen teori forfekter at drømmer oppstår når hjernen skaper seg en sammenheng mellom tilfeldige minner som spontant dukker opp i besvisstheten, mens en tredje teori påstår at tilfeldige nervesignaler i hjernestammen stimulerer sansesentrene, slik at man får en fornemmelse av å se bilder og høre lyder.

Selv om forskerne etter hvert har opparbeidet seg mye kunnskap om søvnens biologi, er det ennå mange uavklarte spørsmål. Så inntil videre er det fortsatt et mysterium hvorfor vi natt etter natt lar oss synke ned i søvnens bevisstløse tilstand og blir der i mange timer.

• Forrige Side 2 av 2