Människan har sovit sig till sina framgångar

Vår biologiska klocka går för långsamt

1938 släpade två män ned ett par sjukhussängar i en djup grotta i Kentucky i USA för att lära sig mer om sina biologiska klockor.

Sömnforskaren Nathaniel Kleitman och hans assistent, Bruce Richardson, på University of Chicago hade valt att använda sig själva som försökskaniner i ett experiment som skulle pågå i sex veckor. Isolerat från intryck utifrån ville de undersöka hur deras dygnsrytm utvecklade sig när det inte var någon skillnad på dag och natt.

Kleitman och Richardson höll dock bara ut i 32 dagar i totalt mörker där de åt, sov och var vakna och styrdes helt utifrån de behov deras egen kropp dikterade. Det räckte ändå till två viktiga upptäckter. Den första var att rytmen mellan vaket och sovande tillstånd förändrade sig förbluffande lite.

De upplevde båda två att de fortfarande var vakna i perioder på cirka 16 timmar – separerade med perioder på cirka nio timmars sömn. Den andra upptäckten var att trots att rytmen i grunden var densamma hade de båda ändå en liten skillnad från dygnsrytmen i verkligheten. Deras biologiska dygn var något längre än de 24 timmar de var vana vid att följa.

Senare studier har bekräftat Kleitmans och Richardsons iakttagelser så att vi nu vet att ett biologiskt dygn i genomsnitt varar 24 timmar och 15 minuter. Det är oklart varför det är så, men det betyder att vi måste ställa om vår inre klocka för att inte helt komma i otakt med det dygn som styrs av jordens rotation.

Det är just det som händer när vi påverkas av solens ljus. När det träffar så kallade ganglieceller i ögats näthinna ger de via synnerven besked till ett litet hjärncentrum, SCN (nucleus suprachiasmaticus), som ligger precis över den plats där de två synnerverna korsar varandra in i hjärnan. SCN innehåller bara 20 000 nervceller, men är ändå enormt viktigt. Det är nämligen det som berättar för övriga centrum i hjärnan om det är natt eller dag.

I gryningen ger det besked till den så kallade tallkottkörteln att stoppa produktionen av ett visst hormon som dominerar hjärnan på natten. Hormonet heter melatonin, men är också känt som ”mörkrets hormon” just för att det är aktivt på natten. Vid gryningen sjunker koncentrationen av melatonin och den stiger först på kvällen när SCN registrerar att det har blivit mörkt igen och åter är dags att sova.

Hamstrar fick ny dygnsrytm transplanterad

Upptäckten av det centrala urverket bakom vår biologiska dygnsrytm gjordes 1990 i ett spektakulärt försök.

Hjärnforskarna Russell G. Foster och Michael Menaker från University of Virginia i USA bytte helt enkelt SCN-centrum i hjärnorna hos två grupper av hamstrar. Den ena gruppen hamstrar hade en mutation som gjorde att deras dygnsrytm var onormalt kort, medan den andra gruppen var vilda hamstrar med normal dygnsrytm.

Forskarna lyckades ta ut SCN-centrum från den ena gruppen och transplantera den till hjärnan hos den andra gruppen och tvärtom. Resultatet blev att hamstrarna bytte dygnsrytm så att de vilda hamstrarna nu hade en förkortad dygnsrytm, och de tama hamstrarna fick en normal cykel. Experimentet bevisade att det bara är SCN som styr den biologiska klockan.

Klockan fungerar i princip likadant för oss alla. Rytmen med höga och låga nivåer av melatonin förblir densamma, oavsett om vi väljer att skjuta på en nattsömn eller helt hoppa över den. Vi kan alltså inte själva ställa fram eller tillbaka klockan som vi vill.

Mekanismen som varje morgon ställer vår biologiska klocka efter solljuset är väldigt praktisk för oss i det moderna samhället. Utan den skulle vi exempelvis inte kunna ställa om mellan sommar- och vintertid, och det skulle vara omöjligt för oss att hantera jetlag när vi reser till en annan tidszon. Trots att din inre klocka, som drivs av melatonin, berättar för dig när det är natt och dags att sova så är det inte den som styr ditt sömnbehov.

Här är det ett annat ämne som spelar in och det har mer med dina vakna timmar att göra. Adenosin utsöndras i hjärnan, och koncentrationen av det stiger hela tiden när du är vaken. När koncentrationen av adenosin är som högst, vanligtvis efter 12–16 timmar, känner du ett kraftigt behov av att sova. Adenosin säkerställer alltså att du får din sömn.

Om du i övrigt är frisk och inte lider av några sömnrelaterade sjukdomar måste du släppa medvetandet och överge dig till sömnen när pressen blir för stor.

Den sovande hjärnan jobbar övertid

När du förlorar medvetandet och glider in i sömnen fortsätter din hjärna att arbeta för högtryck.

Det upptäcktes redan 1952, och en av upphovsmännen var Nathaniel Kleitman som 14 år tidigare hade undersökt sin biologiska klocka i en grotta i Kentucky.

Kleitman arbetade fortfarande på University of Chicago och här hade han nu en student vid namn Eugene Aserinsky som gett sig i kast med att mäta barns uppmärksamhet genom att studera deras ögonrörelser.

Av en slump upptäckte Aserinsky att bakom de slutna ögonlocken hos sovande barn rörde sig ögonen snabbt från sida till sida under vissa perioder.

Aserinsky kompletterade nu sina undersökningar med EEG-mätningar – mätning av hjärnans elektriska aktivitet.

Mätningarna avslöjade att det under perioder med snabba ögonrörelser också var hög aktivitet i hjärnan – till och med så hög att den liknade aktiviteten i vaket tillstånd.

Aserinsky upptäckte också att perioderna avlöstes av andra perioder då ögonen var stilla och där hjärnvågorna övergick till ett lugnt och långsamt mönster.

Kleitman var skeptisk gentemot sin elevs resultat, men ändå så nyfiken att han tog med sig sin dotter Esther till laboratoriet och upprepade experimenten på henne.

Det övertygade honom och tillsammans med Aserinsky kartlade han mönstren mer i detalj och upptäckte att det inte bara gällde barn utan alla människor.

Forskarna döpte de två sömntyperna till REM-sömn (efter det engelska ”rapid eye movement”) och NREM-sömn (för ”Non-REM”).

Tillsammans med en annan elev, William Dement, upptäckte Kleitman och Aserinsky också att det särskilt är under REM-sömnen som vi drömmer, och denna typ av sömn kallas därför också drömsömn.

Sedan dess har andra forskare delat in NREM-sömnen i flera olika typer, definierade av hur djup sömnen är, det vill säga hur svårt det är att väckas från den.

I dag vet vi att de olika typerna av sömn består av ett mönster som upprepas och där varje cykel vanligtvis varar i 90 minuter.

Trots att hjärnaktiviteten är störst under drömsömnen så betyder det inte att hjärnan har ledigt under NREM-sömnen. Här jobbar den med att behandla all information den fått när den var vaken.

Kort sagt väljer den ut information som är värd att spara och flyttar den från korttidsminnet i hippocampus i den inre delen av hjärnan till långtidsminnet i hjärnbarken.

NREM-sömnen sorterar därmed alla våra intryck i två högar. Den ena, som ”ska sparas”, flyttas till långtidsminnet medan den andra, som ”ska kastas”, raderas.

Vi sover alltså NREM-sömn både för att minnas och för att glömma, och NREM-sömnen säkerställer att korttidsminnet varje natt rensas så att det är redo för en ny dag med massor av intryck.

Rent fysiskt pågår det också massor av aktivitet i hjärnan samtidigt som vi sover. På senare år har det visat sig att det pågår en storstädning medan vi är medvetslösa. Hjärnan omges av den så kallade cerebrospinalvätskan, och den ser under sömnen till att spola ordentligt rent i hjärnan.

Det fungerar genom att hjärnans nervceller skrumpnar ihop så att cerebrospinalvätskan kan flyta in längs med blodådrorna i hjärnan.

Vätskan rensar därmed områdena runt nervcellerna från slaggprodukter som proteinet beta-amyloid som annars skulle lagras upp – proteinet förknippas med demenssjukdomar som Alzheimers sjukdom. Rengöringen motsvarar den som sker i resten av kroppen via vårt lymfsystem. Lymfsystemet arbetar dygnet runt, men rengöringen med cerebrospinalvätska i hjärnan sker bara medan vi sover.

Våra hormoner uppför sig också annorlunda i sömnen än i vaket tillstånd. Nivån av det stressframkallande hormonet kortisol sjunker och balansen mellan de aptitreglerande hormonerna leptin och ghrelin förändras. Leptin, som står för mättnadskänslan, ökar och ghrelin, som gör oss hungriga, faller. Samtidigt sparar kroppen energi när kroppstemperaturen sjunker till cirka 36 grader.

Musklerna slappnar av och i REM-sömnen i så hög grad att det i princip handlar om en förlamning. Det är praktiskt eftersom vår kropp annars skulle kunna reagera våldsamt på de intensiva drömmar som hemsöker oss under den här delen av sömnen.

Bland sömnforskare råder således inga tvivel om att sömnen har en lång rad viktiga syften både i vår kropp och hjärna, och att det därför också får allvarliga konsekvenser om vi sover för lite.

Sömnbrist orsakar sjukdom och olyckor

Elva dygn och 25 minuter – så länge lyckades 17-årige amerikanen Randy Gardner hålla sig vaken när han jagade rekordet i samband med ett skolprojekt.

Gardner inledde sitt rekordförsök den 28 december 1963 och avslutade genom att somna den 8 januari 1964. Under försöket upplevde han att han såg sämre, att han hade svårt att formulera sig, fick koncentrationsproblem samt blev vresig och lättirriterad. Sedan sviktade minnet och han fick underliga och skrämmande hallucinationer.

Gardner fick lyckligtvis inga bestående men av sitt experiment. Ändå skulle sömnforskare i dag avråda från liknande försök och Guinness Rekordbok registrerar inte längre den här typen av rekord. Orsaken är tusentals vetenskapliga undersökningar som visar att det inte bara finns ett samband mellan sömnbrist och sjukdom utan även mellan sömnbrist och olyckor.

På kort sikt är sömnbrist farlig eftersom den försämrar koncentrationsförmågan och uppmärksamheten. Statistik visar att sömnbrist är orsaken till att en person i timmen dödas i trafiken i USA.

På längre sikt ökar sömnbrist risken för en rad åkommor, bland annat försämrat immunförsvar, diabetes, åderförkalkning, Alzheimers sjukdom, fetma och flera cancerformer. Utifrån en säkerhetsmässig och hälsomässig synvinkel finns det därför mycket goda skäl att sova ordentligt, och därför är sömnforskare också bekymrade över att vår moderna livsstil så tydligt stör vår nattsömn. Här visar statistik att vuxna i dag sover cirka en timme mindre varje natt än på 1950-talet.

De många goda anledningarna till att sova ger dock inte svar på sömnens största gåta – varför kan de gynnsamma processerna inte fungera när vi är vakna? Hur kommer det sig att evolutionen har lett fram till ett fenomen som gör oss inaktiva, improduktiva och försvarslösa mot fiender och rovdjur en tredjedel av dygnet? Som en av sömnforskningens stora pionjärer, amerikanen Allan Rechtschaffen, har sagt:

”Om sömn inte har ett absolut vitalt syfte är det evolutionens största misstag genom tiderna.”

Rechtschaffen var bland de första som undersökte sömnmönster hos djur just för att få en idé om sömnens evolution. Sedan dess har många sömnforskare följt upp det och i dag har vi en bred kunskap om sömn i djurriket.

Alla djurarter behöver sova

Alla däggdjur sover. Även fåglar, kräldjur och paddor gör det. En del forskare säger sig till och med ha sett insekter sova.

Även bland primitiva maskar, en grupp av djur som uppstod för 540 miljoner år sedan, har forskare hittat tecken på ett sömnliknande tillstånd. Om vi går ännu längre tillbaka i evolutionshistorien och ser på encelliga or­ga­nis­mer, som bakterier, visar det sig att deras liv också är uppdelat i aktiva och inaktiva faser som följer dygnets växling mellan ljus och mörker.

Det är dock stor skillnad på djurens sömn. Hos alla de djur där man kan mäta sömnfaser med EEG ser forskarna NREM-sömn, medan REM-sömn bara finns hos däggdjur och fåglar – och även hos vissa kräldjur, enligt helt nya experiment. Det betyder att drömsömnen sannolikt har uppstått efter de första kräldjuren, men före däggdjur och fåglar. Med detta som grund har sömnforskarna kunnat väga tre klassiska evolutionära förklaringar av sömn mot varandra.

Den första säger att sömnen är en nödvändig paus som ger cellerna möjlighet att återhämta och reparera sig. Teorin är populär eftersom den är en universell förklaring som gäller ett brett spektrum av livsformer, ända ned till encelliga organismer. Den förklarar också att vi behöver mer sömn om vi har ansträngt oss fysiskt under en period. Å andra sidan har teorin svårt att förklara att många processer i både kroppen och hjärnan faktiskt är lika aktiva under sömnen som i vaket tillstånd. Dessutom saknas förklaring på orsaken bakom REM-sömn respektive NREM-sömn.

Den andra teorin fokuserar på att sömn sparar energi och det är vettigt under de tider på dygnet då man ändå inte kan göra något annat. Det stämmer att däggdjur har en allmänt lägre förbränning under NREM-sömn än i vaket tillstånd. Förklaringen överensstämmer också bra med det faktum att olika djur har olika ”fönster” under dygnet då de är aktiva.

Nattaktiva djur har således ingen anledning att vara vakna på dagen då deras möjligheter att hitta föda inte är optimala. Dessutom har små djur generellt högre förbränning än stora djur och det är därför logiskt att små däggdjur generellt sover mer än stora djur.

Svagheten i denna teori är dock att besparingen av energi ändå är försumbar. För oss människor betyder det exempelvis att en god natts sömn bara sparar energi motsvarande ett korvbröd. Dessutom ger teorin inte heller någon förklaring på REM-sömnen.

Det gör däremot den tredje teorin, som hävdar att vi sover för att minnas och lära oss. Enligt denna teori är sömnen nödvändig för behandling, sortering och lagring av sinnesintryck och erfarenheter vi samlat in när vi är vakna.

Teorin får stöd av studier som visar hur NREM-sömnen flyttar nya erfarenheter från korttidsminnet till långtidsminnet, och bekräftas ytterligare av en lång rad försök på både människor och djur, som får betydligt bättre inlärning med REM-sömn än utan den. Dessutom stöds teorin av hjärnskanningar som visar att just de centrum i hjärnan som arbetar med inlärning är aktiva under drömsömnen.

Svaret på sömnens gåta kan självklart vara en kombination av de tre teorierna, men på senare år har det lutat mer och mer åt den tredje teorin. Ett viktigt syfte med sömnen är med andra ord att drömma.

Starka känslor dominerar våra drömmar

År 2018 fick 20 studenter vid Swansea University i Wales i uppgift att föra detaljerad dagbok över sina handlingar, bekymmer och känslomässiga upplevelser i tio dagar.

Följande nätter övervakades deras sömn i ett sömnlaboratorium där hjärnvågorna kartlades med EEG.

Bakom försöket stod psykologen Mark Blagrove och syftet var att ta reda på om det fanns ett samband mellan de känslor studenterna beskrivit i sina dagböcker och intensiteten i deras drömmar. I sömnlaboratoriet väcktes studenterna efter varje sömncykel och fick frågan om vad de hade drömt, vilket gav Blagrove möjlighet att göra jämförelser mellan studenternas dagböcker, deras drömmar och EEG-mätningar.

Resultatet visade ett tydligt samband. De studenter som i dagboken hade noterat att de hade upplevt intensiva känslomässiga situationer hade en större tendens att fläta in just dessa upplevelser i sina drömmar, och de så kallade thetavågorna i EEG-mätningarna var motsvarande intensiva.

Mark Blagrove menar att det finns ett direkt samband mellan aktuella upplevelser och innehållet i våra drömmar.

Forskarna är dock inte eniga om det. Den berömde amerikanska drömforskaren J. Allan Hobson, menar att vi inte ska fokusera så mycket på innehållet i våra drömmar. Drömmarnas innehåll är enligt Hobson bara en slumpmässig biprodukt av REM-sömnens egentliga syfte, vilket är mycket mer grundläggande.

Enligt Hobson utvecklar REM-sömnen hjärnans mest grundläggande funktioner, som medvetenhet om vår egen existens som individer och grundläggande känslomässiga reaktioner som behovet att fly, slåss, äta och fortplanta oss.

”Drömmar är en förberedelse av hjärnan och sinnet för vakna, medvetna upplevelser. Utan förberedelsen finns inget vaket medvetande”, konstaterar han.

För Hobson är våra drömmar ett uttryck för att hjärnan gör sig redo för de utmaningar som väntar i vaket tillstånd – nästan som en form av virtual reality-övning för verkligheten. Han tar dock samtidigt starkt avstånd från alla former av drömtydning som går ut på att drömmar fungerar som en form av budbärare mellan det undermedvetna och det medvetna.

Exempelvis menar han att om våra drömmar skulle innehålla budskap som är viktiga för oss är det märkligt att de flesta av oss nästan aldrig kan komma ihåg våra drömmar och att vi uppenbarligen ändå fungerar.

Studier visar dessutom att REM-sömn utgör en betydligt större del av sömnen hos ett ofött barn än hos vuxna människor. Som Hobson säger är det svårt att föreställa sig att ett foster ligger i sin mors mage och levererar en ihållande ström av viktiga budskap från det undermedvetna. Han anser dock inte att foster inte alls kan drömma.

Hos fostret är REM-sömnen i stället ett verktyg det använder för att bygga upp sin hjärna. Först senare i livet blir REM-sömnen ett verktyg för inlärning och minne, och här följer drömmarna i stället med som en biprodukt.

Hobsons teori förklarar att ju större och mer komplex hjärnan är hos en art, desto mer REM-sömn behöver den. Människan är en av de arter som sover mest REM-sömn så det överensstämmer väl med teorin.

Även om Hobson skulle ha rätt i att innehållet i våra drömmar inte har någon betydelse kan det ändå i vissa fall ge bra utdelning.

Drömmarna boostar vår kreativitet

Det periodiska systemet, dna-molekylens struktur samt hur nervceller kommunicerar – det är exempel på vetenskapliga genombrott som sägs ha tillkommit genom drömsömn.

Detsamma gäller uppfinningar som symaskinsnålen och konstverk som historien om Frankenstein och tidernas största poplåt ”Yesterday”. Männen och kvinnorna bakom detta upplevde alla att de vaknade med lösningen på ett problem som de hade funderat på innan de gick till sängs.

För hjärnforskaren Matthew Walker är det ingen överraskning. Förklaringen är enligt honom att REM-sömnen ger hjärnan möjlighet att associera fritt och kombinera brottstycken av gamla minnen och färska erfarenheter på nya sätt som vår kontrollerande hjärna inte tillåter i vaket tillstånd. Vi experimenterar helt fördomsfritt och blandar saker som vi aldrig skulle ha gjort med vår vakna och logiskt tänkande hjärna.

”På så sätt är REM-sömnens drömmar en form av alkemi för information”, menar Walker.

Han baserar det på experiment där försökspersoner fått kreativa uppgifter, som att hitta ett ord som kan sättas ihop av en rad bokstäver i slumpmässig ordning. Bakom bokstäverna OSEOG gömmer sig exempelvis ordet GOOSE (gås på engelska). När försökspersonerna väcktes mitt i sin REM-sömn var de under följande 90 sekunder betydllig bättre på att lösa uppgifterna än de varit när de var klarvakna dagen före.

Förklaringen är enligt Walker att under denna korta tidsperiod efter REM-sömnen fungerar hjärnan fortfarande på samma sätt som i drömsömnen. Försökspersonerna upplevde att lösningarna vid den här tidpunkten bara kom av sig själv utan att de behövde anstränga sig.

För Walker är drömmarna i REM-sömnen alltså viktiga för vår kreativitet, men de är mycket mer än så. Walker anser också att drömmarna är helt avgörande för vår mentala hälsa.

Sömn är evolutionens största gåva till oss

Våra drömmar behandlar de upplevelser vi har haft i vaket tillstånd och i särskilt hög grad de händelser som varit förknippade med starka känslor.

Det kan vara allt från ett storbråk med vår partner till en skrämmande bilolycka. I drömmen spelar hjärnan upp upplevelserna som en film, men med en mycket viktig skillnad: Känslorna som är förknippade med upplevelserna är avstängda. Det beror på att stresshormonet noradrenalin i princip är frånvarande i REM-sömnen.

Det betyder att vi i drömmen kan återuppleva händelser utan att bli lika känslomässigt påverkade som när vi upplevde dem i vaket tillstånd. Händelserna kan sedan – under NREM-sömnen – flyttas till långtidsminnet där de lagras i en form så att vi kan ta fram dem utan att känna den ilska, rädsla eller sorg som de ursprungligen var förknippade med.

Walkers teori om att våra drömmar på så sätt fungerar som terapi får stöd av forskning i åkomman PTSD (post-traumatic stress disorder) som många krigsveteraner drabbas av. Det har påvisats att PTSD-patienter har sömnstörningar inte minst i REM-sömnen, och därmed är de förhindrade att lagra traumatiska upplevelser i en form som inte är ångestframkallande när de dyker upp i minnet igen.

Av en tillfällighet upptäckte man också att blodtrycksdämpande medel som givits till veteraner med PTSD hade en biverkning som sänkte nivån av noradrenalin i hjärnan. Medlet visade sig avhjälpa deras PTSD så att de exempelvis hade betydligt färre mardrömmar än tidigare. Mycket tyder därför på att åkomman är starkt förknippad med att patienterna har för höga värden av noradrenalin som förstör deras drömsömn.

Enligt Walker kan det mycket väl vara så att samma fenomen, men i en mildare form, inverkar när vi som alla andra har mardrömmar. Kanske beror det på att nivån av noradrenalin är för högt. Walkers poäng är alltså med andra ord: Om vi inte haft vår drömsömn skulle vi alla lida av PTSD.

Matthew Walkers teori om drömmarnas terapeutiska syfte får särskilt stöd av att den faktiskt förklarar varför vi måste sova. Terapin kan bara fungera om vi drömmer, det vill säga återupplever händelser utan de tillhörande känslorna. Förutsättningen för drömmarna är att vår vakna sinnes- och rörelseapparat är avstängd – alltså att vi sover.

Walker är själv säker på att detta samband har varit helt avgörande för vår evolution. REM-sömnen ger oss en förmåga att hantera och styra känslor, vilket är en förutsättning för att interagera och umgås med varandra i ett samhälle.

”Jag vill påstå att detta är den största fördelen som sömnen givit något liv på jorden”, säger han. Den näst största fördelen är enligt Walker REM-sömnens behandling av information som hjälper oss att föda nya kreativa tankar. Tillsammans är de två stora vinsterna helt centrala för människans framgång som art.

Med den kunskap som forskarna nu har fått under de senaste årtiondena står det klart att vi är helt beroende av sömnen. Kanske skulle till och med uppfinnaren Thomas Edison, som betraktade sömnen som slöseri med tiden, hålla med om han hade haft tillgång till samma fakta. Och kanske hade han faktiskt en känsla för det.

Trots att han var känd för att bara sova fyra–fem timmar per natt kompletterade han det med några rejäla tupplurar under dagen. De tog han sittande i en länstol och innan han somnade satte han en under ena armen och tog två–tre stålkulor i handen. Detta gjorde han för att säkerställa att när drömsömnen kom och musklerna i handen slappnade av skulle han vakna tvärt – förhoppningsvis med ett nytt genialiskt infall som fötts i en dröm.