Din hjärna krymper medan du sover

I tusentals år har vetenskapsmän grubblat över varför sömnen är så viktig för vår oss och forskarna gräver allt djupare i vår kropp för att försöka hitta svaret.

De har placerat mikroskop i kraniet hos möss och lagt åratal på att studera tunna skivor av mössens hjärna på nära håll. Svaret är bland annat att vi sover för att våra hjärnor kan krympa.

Hjärnan sköljs igenom

När vi sover stänger vi ute omvärlden. Forskarna kan följa förändringen i vårt medvetande med hjälp av elektroder som registrerar hjärnans elektriska vågaktivitet. I samma ögonblick som vi somnar börjar hjärnan att uppföra sig annorlunda.

Nervcellerna lägger om sina signaler och hjärnvågorna byter utseende. Under natten leder hjärnan oss igenom faser med lätt sömn, djup sömn och så kallad REMsömn, som alla har sina unika vågmönster.

Den slumrande hjärnan får också resten av kroppen att glida in i total vila.

Signalerna till dina muskler stängs av och du slappnar av fullständigt av. Samtidigt slår ditt hjärta mer än 25 procent långsammare än normalt, din kroppstemperatur sjunker till under 36 grader och du andas in 15 procent mindre syre.

Ett försök som genomfördes på University of Rochester Medical Center i USA avslöjade 2013 ett viktigt samband mellan sömn och den så kallade ryggmärgsvätskan.

Ryggmärgsvätska omger hjärnan och fyller alla dess hålrum. Varje dag producerar hjärnans plexus choroideusregion omkring 700 milliliter av vätskan samtidigt som samma mängd lämnar hjärnan genom blodkärlen.

Den livsviktiga vätskan skyddar hjärnan mot hjärnskakningar och hjälper till att avlägsna hjärncellernas avfallsämnen.

Vattenrör tvättar hjärnan ren

När mörkret faller öppnar din hjärna slussarna så att vätska strömmar in i kraniets skrymslen och vrår.

Under försöket injicerade forskarna fluorescerande ämnen i ryggmärgsvätskan hos en mus.

Sedan kunde de följa med i ämnenas färd med hjälp av ett mikroskop som tittade in genom ett hål i musens kranium.

Mikroskopets bilder visade tydligt hur vätskan transporterade ämnena djupt in i hjärnan via små kanaler som löper längs hjärnans blodkärl. Kanalerna döptes till det glymfatiska systemet – ett system vi inte kan leva utan.

Den grundliga rengöringen avlägsnar avfallsämnen som i värsta fall kan förgifta hjärnan. Den största överraskningen kom när forskarna undersökte skillnaden mellan vakna och sovande möss.

Resultaten avslöjade att det glymfatiska systemet var i stort sett inaktivt när mössen var vakna, men snabbt fick upp farten så snart mössen somnade.

Förklaringen är troligtvis att hormonet noradrenalin, som hjälper till att hålla oss vakna, blockerar systemet. När vi sover minskar mängden noradrenalin i hjärnan och rengöringen kan påbörjas.

Sömn garanterar på så sätt att vår hjärna inte flyter runt i sin egen smuts. Men nu visar ny forskning att sömn kanske har en ännu viktigare funktion.

Synapser försvinner

2017 upptäckte forskare från University of Wisconsin–Madison i USA att kopplingarna mellan nervcellerna krymper när vi sover.

Kopplingarna, de så kallade synapserna, är extremt viktiga för vårt minne eftersom de kan lagra de intryck vi tar in under dagen.

De amerikanska forskarna beslutade sig för att undersöka vad som händer med synapserna när vi sover.

För att kunna närstudera synapserna, som vanligtvis är mindre än en mikrometer på bredden, använde forskarna en teknik som kalla serial blockface scanning electronmikroskopi.

Först placerades en liten del av en mushjärna i mikroskopet så att forskarna kunde fotografera delens yta. Därefter skalade en extremt skarp diamantkniv en några få nanometer tjock skiva av hjärndelen och mikroskopet tog en ny bild.

Genom att upprepa den processen tusentals gånger gick det att fotografera varje enskilt lager. En dator kunde till sist sätta ihop bilderna till en tredimensionell rekonstruktion av den lilla hjärndelen.

Efter flera års arbete hade forskarna sammanställt tillräckligt många bilder för att kunna analysera sina resultat.

De mätte storleken på nästan 7 000 synapser från ett antal möss som antingen hade varit vakna eller hade fått sova före försöket.

Till sin förvåning såg de en dramatisk skillnad mellan de två musgrupperna. Synapserna hos de möss som hade sovit hade krympt med 18 procent jämfört med de möss som hade varit vakna hela dagen.

Proteiner raderar minnen

Forskare från det amerikanska Johns Hopkins University dök ännu djupare ned i hjärnan.

De följde de olika proteinerna i synapserna och avslöjade hemligheten bakom hjärnans nattliga bantningskur.

Till de viktigaste proteinerna hör de så kallade AMPAreceptorerna, som sitter på ytan av den ena nervcellen i synapsen och tar emot signalsubstanser från den andra cellen.

När receptorerna tar emot en signal skickar de vidare den som en elektrisk impuls. Om en synaps används mycket under dagens lopp transporterar nervcellen fram flera AMPA-receptorer till synapsen, som därmed växer.

Ju fler receptorer, desto lättare får vi att använda synapsen. Till exempel blir ett synintryck som har skapat starka synapser lättare att minnas senare.

För att kunna se hur sömn påverkar AMPA-receptorerna skar forskarna ett hål i kraniet på en mus och använde ett mikroskop för att iaktta proteinerna i synapserna.

Och bilderna från mikroskopet visade tydligt att en stor del av AMPA-receptorerna försvann från synapserna när mössen sov. Sömnen hade raderat mössens minnen.

En närmare undersökning visade att ett protein kallat Homer1a förflyttade sig ut i synapsen medan musen sov och avlägsnade AMP-receptorerna.

Men resultaten förklarade inte vad som är syftet med denna omfattande försvagning av hjärnans kopplingar. Mössen bistod dock med svaret igen.

Forskarna placerade mössen i en speciell bur och utsatte dem för lätta, elektriska stötar genom burets golv. Innan mössen skulle sova fick en del av dem en injektion med ett ämne som blockerar Homer1a, så att synapserna inte försvagades.

Dagen därpå placerade forskarna mössen i den elektriska buren igen. De möss vars synapser inte hade krympt stelnade av skräck i långt högre grad än de andra mössen.

Samma sak hände när mössen flyttades över till en ny bur som de inte hade någon anledning att förknippa med elektriska stötar.

Forskarna hade avslöjat sömnens hemlighet.

Sömnen ger hjärnan tillfälle att krympa så att den inte drunknar i en syndaflod av lagrade intryck. Om vi inte städar upp bland minnena blir vi handlingsförlamade och klarar inte att bearbeta alla intryck.

En närmare beräkning visade att cirka 80 procent av synapserna försvinner under natten. Trots den omfattande elimineringen av minnen tror forskarna att processen är extremt viktig för vårt minne.

Sömn bromsar demens

Bland en uppsjö av krympande kopplingar hittade forskarna en del synapser som förblev oförändrade. Och det är inte slumpen som avgör vilka synapser som får vara kvar.

Sömnen skyddar omsorgsfullt de största synapserna, som innehåller de intryck och minnen som vi har ägnat mest tid åt att bearbeta under dagen.

Den nattliga utstädningen raderar de flesta av våra minnen, men ser samtidigt till att de viktigaste minnena framstår desto klarare.

Åtskilliga andra undersökningar pekar också på att det är en god idé att sköta sin nattsömn. Inte bara på kort sikt. Forskare har följt äldre människor över många år och upptäckt att de som sover dåligt löper större risk att utveckla Alzheimers sjukdom.

Sambandet är inte klarlagt men speciellt två faktorer ser ut att bidra till sjukdomen: Ansamlingen av avfallsämnen runt nervcellerna och en bristande förmåga att styra AMPA-receptorerna i synapserna.

Bara en god natts sömn ger din hjärna chansen att städa bort röran och skänka dig en frisk och klartänkt ålderdom.