چرا ما می خوابیم محققان نظریه ای را ارائه کرده اند که می تواند هم اهمیت خواب و هم پیچیدگی مغز را توضیح دهد.
خواب یک نیاز اساسی است، درست مانند غذا یا آب. کیت هنگن ، استادیار زیست شناسی در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس می گوید: “شما بدون آن می میرید.” اما خواب واقعاً چه کاری را انجام می دهد؟
برای سال‌ها، محققان برجسته می‌توانستند بگویند که خواب خواب‌آلودگی را کاهش می‌دهد – که به سختی توضیح رضایت‌بخشی برای نیاز اساسی زندگی است.
همانطور که در مجله گزارش شده است نورولوژی طبیعتهنگن و همکارانش فعالیت مغزی موش‌های در حال خواب را ردیابی کردند تا نشان دهند که مغز باید مرتباً سیستم عامل خود را تنظیم مجدد کند تا به «بحرانیت» برسد، وضعیتی که تفکر و پردازش را بهینه می‌کند.
هنگن می گوید: «مغز مانند یک کامپیوتر بیولوژیکی است. “حافظه و تجربه بیداری کد را ذره ذره تغییر می دهد و به آرامی سیستم بزرگتر را از حالت ایده آل دور می کند. هدف اصلی خواب، بازگرداندن حالت محاسباتی بهینه است.
رالف وسل، یکی از نویسندگان این مقاله، استاد فیزیک، می‌گوید فیزیکدانان بیش از 30 سال در مورد بحرانی بودن فکر می‌کردند، اما هرگز تصور نمی‌کردند که کار بر خواب تأثیر بگذارد. در دنیای فیزیک، بحرانی بودن سیستم پیچیده ای را توصیف می کند که در نقطه اوج بین نظم و هرج و مرج وجود دارد.
«در یک افراط، همه چیز کاملاً عادی است. از سوی دیگر، همه چیز تصادفی است.”
بحرانی رمزگذاری و پردازش اطلاعات را به حداکثر می‌رساند و آن را به یک نامزد جذاب برای یک اصل کلی نوروبیولوژی تبدیل می‌کند. در یک مطالعه در سال 2019، هنگن و وسل دریافتند که مغز به طور فعال برای حفظ انتقاد کار می کند.
در مقاله جدید، این تیم اولین شواهد مستقیمی را ارائه می کند که خواب قدرت محاسباتی مغز را بازیابی می کند. این یک انحراف اساسی از این فرض قدیمی است که خواب باید به نوعی مواد شیمیایی مرموز و ناشناخته تخلیه شده در ساعات بیداری را بازیابی کند.
هنگن و وسل پس از مقاله خود در سال 2019 این نظریه را مطرح کردند که یادگیری، تفکر و بیداری باید مغز را از حالت بحرانی خارج کند و خواب در موقعیت ایده آلی برای تنظیم مجدد سیستم است.
هنگن می‌گوید: «ما متوجه شدیم که این یک توضیح بسیار جالب و شهودی برای هدف اصلی خواب است. “خواب یک راه حل در سطح سیستم برای یک مشکل در سطح سیستم است.”
“بهمن عصبی”
محققان برای آزمایش نظریه خود در مورد نقش حیاتی بودن در خواب، جهش نورون های بسیاری را در مغز موش های جوان در حین انجام روال معمول خواب و بیداری خود دنبال کردند.
شما می توانید این کوچولوها را دنبال کنید آبشارهای فعالیت هنگن می گوید از طریق شبکه عصبی. او می‌گوید این آبشارها که بهمن‌های عصبی نیز نامیده می‌شوند، چگونگی جریان اطلاعات در مغز را منعکس می‌کنند.
«در شرایط بحرانی، بهمن با هر اندازه و مدتی ممکن است رخ دهد. به دور از بحرانی بودن، سیستم فقط نسبت به بهمن های کوچک یا فقط بهمن های بزرگ تعصب دارد. این مشابه نوشتن یک کتاب است و فقط می توانید از کلمات کوتاه یا بلند استفاده کنید.
همانطور که پیش‌بینی می‌شد، بهمن‌هایی با اندازه‌های مختلف در موش‌هایی که به تازگی از خواب ترمیم‌کننده بیدار شده بودند، رخ داد. در طول دوره، آبشارها شروع به تغییر اندازه‌های کوچک‌تر و کوچک‌تر کردند. محققان دریافتند با ردیابی توزیع بهمن‌ها می‌توانند پیش‌بینی کنند که موش‌ها چه زمانی به خواب می‌روند یا بیدار می‌شوند. وقتی ابعاد آبشار به نقطه خاصی کاهش یافت، خواب چندان دور نبود.
“نتایج نشان می دهد که هر لحظه بیداری مدارهای مغزی مربوطه را از حالت بحرانی خارج می کند و خواب کمک می کند ریست مغزیهنگن می گوید.
ضربه زدن به نقطه شیرین
هنگامی که فیزیکدانان برای اولین بار مفهوم بحرانی بودن را در اواخر دهه 1980 توسعه دادند، آنها به انبوهی از شن روی یک شبکه شطرنجی نگاه می کردند، سناریویی که به نظر دور از ذهن می رسید. وسل می‌گوید، اما این توده‌های ماسه بینش مهمی را ارائه کردند.
اگر هزاران دانه با رعایت قوانین ساده روی شبکه ریخته شوند، پشته ها به سرعت به حالت بحرانی می رسند که در آن اتفاقات جالبی شروع می شود. بهمن‌های بزرگ و کوچک می‌توانند بدون هشدار شروع شوند و توده‌های یک مربع شروع به ریختن به مربع‌های دیگر می‌کنند.
او می گوید: «کل سیستم خود را به شکلی بسیار پیچیده سازمان می دهد.
وسل می گوید که بهمن های عصبی که در مغز اتفاق می افتند بسیار شبیه بهمن های شنی روی شبکه هستند. در هر صورت، آبشارها نشانه سیستمی هستند که به پیچیده ترین حالت خود رسیده است.
به گفته هنگن، هر نورون مانند یک دانه شن جداگانه است که از بسیاری از قوانین اساسی پیروی می کند. نورون ها اساسا کلیدهای روشن/خاموش هستند که بر اساس ورودی های واضح تصمیم می گیرند که آیا شلیک کنند یا نه. اگر میلیاردها نورون بتوانند به نقطه بحرانی برسند – نقطه شیرین بین نظم بیش از حد و هرج و مرج بیش از حد – آنها می توانند با هم کار کنند تا چیزی پیچیده و شگفت انگیز را تشکیل دهند.
هنگن می‌گوید: «نقدی بودن دسته‌ای از عملکردها را به حداکثر می‌رساند که برای مغز بسیار مطلوب به نظر می‌رسند.
