Mozek může naplno pracovat, ale jeho malé oblasti přitom mohou poklidně spát. A také během spánku se některé jeho regiony bleskurychle probouzejí a bdí, prokázala studie, která zkoumala tento fenomén pomocí umělé inteligence.
Spánek je pro člověka jedním z nejpodivnějších stavů: na třetinu dne přijde o své vědomí, propadne do temnoty, z níž k němu promlouvají jen matoucí a mnohdy děsivé sny. Není divu, že staré kultury dávaly spánku a snům zvláštní význam. Moderní věda ho ale studuje a zjišťuje o něm spoustu pozoruhodných informací.
Klasickou metodou pro studium spánku je sledování mozkových vln. Spánek je typický pomalými dlouhotrvajícími vlnami, jež se šíří celým mozkem. Nový výzkum biologů z Washingtonovy univerzity v St. Louis teď ale ukázal, že spánek se dá detekovat i podle vzorců extrémně krátké aktivity neuronů, která trvá pouhé milisekundy.
Díky tomu zaznamenali i jev, jehož si dříve nevšimli: při spánku některé oblasti mozku vykazují vědomí, ale existuje i opak, kdy při plném vědomí některé regiony upadají do stavu, jenž se dá popsat jako spánek. „Překvapilo nás, že různé části našeho mozku si ve skutečnosti trochu zdřímnou, když je zbytek mozku vzhůru,“ konstatoval jeden z autorů studie David Haussler.
Bez AI by to nešlo
Veškerá tato mozková aktivita je natolik detailní a přitom komplexní, že pro člověka není možné se v ní zorientovat. Vědci si pomohli tím, že čtyři roky trénovali specializovanou umělou inteligenci, kterou vycvičili na obrovském množství dat o mozkových vlnách. Ta pak byla schopná odhalit i vzorce, jež se vyskytují v extrémně vysokých frekvencích, které nebyly nikdy předtím popsány a zpochybňují základní, dlouho zažité představy o neurologickém základu spánku a bdění.
Vědci pod Hausslerovým vedením pracovali s myšmi. Těm nasadili maličké helmy, jež po několik měsíců zaznamenávaly aktivitu z deseti různých oblastí mozku a s mikrosekundovou přesností sledovaly změny napětí malých skupin neuronů. Takové množství vstupních dat vytvořilo petabajty údajů, jimiž se pak prokousávala výše popsaná umělá inteligence.
„Vidíme informace na takové úrovni detailu, která nemá obdoby,“ popsal výsledky Haussler. „Dříve jsme si mysleli, že tam nic nenajdeme, že všechny relevantní informace jsou v pomalejších frekvenčních vlnách. Tato práce nám ale říká, že pokud ignorujeme konvenční měření a podíváme se jen na detaily měření vysokých frekvencí v průběhu pouhé tisíciny sekundy, je tam dost informací na to, abychom zjistili, jestli tkáň spí, nebo ne. To nám říká, že se něco děje na velmi rychlém měřítku – to je nový náznak toho, co všechno se může ve spánku odehrávat.“
Na základě těchto údajů se vědcům podařilo zjistit, že základním prvkem spánku, který model detekuje, je superrychlý vzorec aktivity mezi několika málo neurony. Velké vlny, jež byly až doposud se spánkem spojené, jsou tedy podle tohoto výzkumu jen projevem těchto drobných změn. Autoři to přirovnávají k „mexickým vlnám“, které dělají diváci na sportovcích utkáních. Dříve se dařilo detekovat jen pohyb vlny, teď vědci vidí i pohyb jednotlivých „osob“, které za vlnou stojí.
Bdění, spaní, blikání
Při dalším studiu těchto droboučkých vzorců aktivity si vědci začali všímat podivných anomálií, které jim připadaly jako chyby v datech. Model totiž na zlomek sekundy detekoval bdění v jedné oblasti mozku, zatímco zbytek mozku zůstal spát. A to stejné platilo i v opačném gardu: na zlomek sekundy jedna oblast usnula, zatímco zbytek oblastí byl vzhůru. Tento jev označili jako „blikání“.
„Existuje přirozená hypotéza, že malá část vašeho mozku sklouzne do spánku, zatímco jste vzhůru – znamená to, že vaše chování najednou vypadá, jako byste spali. Začali jsme si všímat, že se to stává dost často,“ uvedli autoři.
Při pozorování myší si vědci všimli, že když některá oblast mozku přejde do režimu spánku, zatímco zbytek mozku je vzhůru, myš se na vteřinu zastaví. „Blikání“ během spánku, kdy se jedna oblast mozku probudila, se zase projevilo tím, že zvíře sebou ve spánku škublo.
Toto blikání je podle autorů překvapivé hlavně tím, že se neřídí dobře známými pravidly, podle nichž je přechod mezi bdělostí a spánkem (a opačně) postupný. Jenže blikání je skokové, přechází rázem mezi nejrůznějšími fázemi spánku, což porušuje všechny popsané zákonitosti spánku shromážděné za více než sto let studia.
