Tất cả chúng ta đều cảm nhận được cơ thể mình mệt mỏi thế nào sau một ngày dài làm việc. Các cơ bắp rệu rã, bước chân nặng nề, mí mắt luôn trong trạng thái sẵn sàng sụp xuống. Dù có vẻ như giấc ngủ bắt đầu từ sự mệt mỏi của các bộ phận trên cơ thể nhưng bộ não mới chính là nơi kiểm soát mọi mặt của giấc ngủ, từ cảm giác buồn ngủ đến trạng thái mơ màng khi thức dậy.
Mọi sinh vật sống, từ nhỏ nhất đến lớn nhất đều cần phải ngủ. Ngủ là một quá trình phức tạp bao gồm sự tham gia của các tín hiệu sáng và tối, các gen chuyên biệt, các chất dẫn truyền thần kinh và hormone. Giấc ngủ không đơn giản chỉ là một trạng thái của cơ thể. Trong khi ngủ, bộ não của chúng ta điều khiển quá trình này với cơ chế phức tạp nhưng rất chính xác.
Nội dung chính
Nhịp sinh học: Nơi giấc ngủ bắt đầu
Giấc ngủ bắt đầu từ sự thay đổi của nhịp sinh học – một hệ thống đồng hồ sinh học nằm trong não và các cơ quan trong khắp cơ thể. Đồng hồ sinh học bao gồm các tế bào tạo nhịp chuyên biệt, hoạt động theo chu kỳ 24 giờ.
Đồng hồ sinh học chủ, hay hạt nhân siêu âm (SCN), chứa khoảng 20,000 tế bào thần kinh tại vùng dưới đồi của não. SCN hoạt động theo một cơ chế tích hợp giúp kiểm soát thời gian và điều hòa giấc ngủ. Các gen trong các tế bào tạo nhịp đóng vai trò kiểm soát giấc ngủ và việc thức giấc thông qua các tín hiệu hóa học, ánh sáng – bóng tối và các yếu tố khác như giờ ăn và cảm giác căng thẳng.
Ngoài việc điều khiển giấc ngủ, nhịp sinh học còn ảnh hưởng đến các quá trình khác của cơ thể như:
- Quá trình trao đổi chất
- Nhịp tim
- Nhiệt độ lõi cơ thể
- Huyết áp
- Nồng độ một số hormone
Một số tế bào trong các dây thần kinh thị giác có nhiệm vụ gửi tín hiệu ánh sáng – bóng tối đến não bộ. Điều này báo hiệu cho nhịp sinh học kích hoạt các chất dẫn truyền thần kinh, gây ra cảm giác tỉnh táo hoặc buồn ngủ. Nhịp sinh học của mỗi người được hình thành nhờ sự kết hợp của các tín hiệu từ môi trường, yếu tố di truyền, sự giải phóng các chất hóa học trong cơ thể, các yếu tố của cuộc sống như công việc và di chuyển.
Vai trò của adenosine
Adenosine được tìm thấy ở mọi tế bào trong cơ thể, nó có nhiều chức năng quan trọng như mở rộng mạch máu và điều hòa nhịp tim. Adenosine là sản phẩm phụ của quá trình giải phóng ATP, phân tử có chức năng lưu trữ và vận chuyển năng lượng trong các tế bào.
Trong suốt một ngày, khi cơ thể giải phóng ATP tạo năng lượng, adenosine được tích tụ dần dần trong các phần của não bộ. Cuối cùng, khi các chất dẫn truyền thần kinh khiến cơ thể tỉnh táo được giải phóng hết, cảm giác buồn ngủ sẽ tăng lên.
Hormone giúp thúc đẩy giấc ngủ là melatonin cũng có thể làm tăng nồng độ adenosine. Các hormone và chất dẫn truyền thần kinh kết hợp với nhịp sinh học và tín hiệu sáng – tối để giảm sự tỉnh táo và tăng cảm giác buồn ngủ. Giấc ngủ làm giảm nồng độ adenosine, cơ thể vì thế sẽ thức giấc vào buổi sáng, khi adenosine được giải phóng hết và não nhận được các tín hiệu ánh sáng.
Orexin: Công tắc của giấc ngủ
Orexin thuộc nhóm neuropeptide, loại phân tử được tế bào thần kinh sử dụng để giao tiếp. Chất Orexin, hay còn có tên gọi khác là hypocretin, được sản sinh tại vùng dưới đồi, đóng vai trò trong điều khiển các cảm giác thèm ăn, trạng thái kích thích và tỉnh táo của cơ thể. Trạng thái kích thích (arousal) ở đây là trạng thái của cơ thể lúc tỉnh táo và có nhận thức, khi các cơ quan cảm giác có thể cảm nhận được các kích thích từ bên ngoài. Để xác định xem một sinh vật có cần ngủ hay không, hệ thống orexin sử dụng các thông tin từ quá trình trao đổi chất, nhịp sinh học và các ảnh hưởng khác từ việc thiếu ngủ.
Orexin giúp thiết lập trạng thái tỉnh táo bằng cách kích hoạt các hormone tỉnh táo trong não bộ như dopamine và histamine. Chứng ủ rũ là một loại bệnh tự miễn có nguyên nhân do sự thiếu hụt của các phân tử orexin. Các phân tử orexin trong cơ thể khi đó bị nhầm lẫn thành kẻ xâm nhập ngoại lai, và bị các tế bào miễn dịch tấn công. Sự nhầm lẫn này có thể xảy ra ở cả trẻ nhỏ và người vị thành niên, sau khi cơ thể bị mắc bệnh liên quan đến virus.
Giấc ngủ ảnh hưởng đến não bộ như thế nào?
Ngay cả ở trạng thái ngủ sâu nhất ở giai đoạn ngủ sóng chậm, não của chúng ta vẫn không ngừng hoạt động. Dù cho các phần khác nhau của não sẽ nghỉ ngơi vào các thời điểm khác nhau, bộ não vẫn hoạt động xuyên suốt trong 4 giai đoạn của giấc ngủ. Một số hoạt động của não vào ban đêm là tự dọn dẹp, xử lý cảm xúc và củng cố các ký ức.
Dọn dẹp não
Trong giai đoạn N3 của giấc ngủ, một loại chất trắng – tế bào thần kinh đệm – nở ra và co lại, cho phép dịch tủy não đi đến các đường rãnh trong não. Dịch tủy não có vai trò loại bỏ protein độc hại và các chất thải khác (như amyloid và tau) gây ra chứng mất trí nhớ.
Được biết đến như là chất keo của cả hệ thần kinh, các tế bào thần kinh đệm có số lượng vượt trội hơn so với tất cả các loại tế bào khác trong não. Ngủ đủ giấc giúp các tế bào thần kinh đệm có đủ thời gian để loại bỏ các chất thải, nhờ đó mà cơ thể giảm được nguy cơ mắc các bệnh thoái hóa liên quan đến thần kinh. Thiếu ngủ mãn tính làm cho các chất độc hại tích tụ và liên kết lại với nhau, làm tăng nguy cơ mắc các bệnh liên quan đến não như Alzheimer’s.
Nghiên cứu gần đây cho thấy quá trình dọn dẹp não vẫn có thể diễn ra trong trường hợp ngủ không đủ giấc, nhưng khả năng cao là quá trình này sẽ gặp trục trặc. Khi thực hiện nghiên cứu ở các con chuột bị mất ngủ, các nhà khoa học nhận thấy rằng quá trình làm sạch não đã loại bỏ cả những mô thần kinh sống thay vì các chất thải có hại khác.
Quá trình loại bỏ các tế bào chết và chất thải trong não được gọi là thực bào. Trong quá trình thực bào, màng plasma của tế bào sống bao lấy các chất thải và tiêu hóa nó trong không bào. Trong điều kiện bình thường, quá trình thực bào sẽ tiêu hóa và tiêu diệt các tế bào chết, chất thải có hại và vi khuẩn. Tuy nhiên, nếu quá trình này bị mất cân bằng do thiếu ngủ, khi đó các tế bào thần kinh cũng sẽ bị tiêu diệt và quá trình này được gọi là não “tự ăn”.
Mặc dù các nghiên cứu như ở não chuột chưa được thực hiện trên con người, nhưng thiếu ngủ ở người cũng làm các protein độc hại tích tụ quá mức, gây nên chứng mất trí nhớ.
Xử lý cảm xúc
Nghiên cứu gần đây chứng minh rằng giấc ngủ giúp não xử lý, điều tiết, ghi nhớ các trải nghiệm liên quan đến cảm xúc. Mất ngủ làm giảm khả năng ghi nhớ và kích hoạt hạch hạnh nhân, một khu vực của não điều khiển các cảm xúc cơ bản như sợ hãi và các phản ứng phòng thủ.
Các nghiên cứu khác cho thấy khi thiếu ngủ, não phản ứng tiêu cực hơn với tất các các kích thích, tăng cảm giác buồn chán, khó chịu và trầm cảm. Giấc ngủ có tác động đáng kể đến các phản ứng cảm xúc và khả năng điều khiển cảm xúc. Mất ngủ làm tăng việc lặp đi lặp lại các suy nghĩ tiêu cực, giảm các suy nghĩ và tâm trạng tích cực.
Hình ảnh chụp cộng hưởng từ (MRI) của những người tham gia nghiên cứu cho thấy ngủ đủ giấc làm giảm các phản ứng cảm xúc và ký ức liên quan đến các hình ảnh tiêu cực. Theo đó, những người được ngủ có ít căng thẳng về cảm xúc hơn, trong khi ở những người không được ngủ, hình ảnh ghi lại cho thấy sự hoạt động mạnh ở các khu vực não nhạy cảm với căng thẳng.
Giấc ngủ có thể giúp xử lý cảm xúc do không có chất dẫn truyền thần kinh norepinephrine hoạt động trong não ở giấc ngủ REM. Trong giấc ngủ REM, các giấc mơ sinh động diễn ra và nồng độ norepinephrine hạ đến mức thấp nhất trong ngày. Norepinephrine liên quan đến cảm giác căng thẳng và các phản ứng về cảm xúc, và nồng độ norepinephrine tăng cao có thể là dấu hiệu của các rối loạn cảm xúc như trầm cảm hay rối loạn căng thẳng sau chấn thương.
Củng cố ký ức
Giấc ngủ là một công cụ hữu ích trong học tập, củng cố trí nhớ và xử lý cảm xúc. Khi cơ thể ở trạng thái thức giấc, việc giải phóng ra nhiều nơron cùng một lúc khiến cho trí não của chúng ta có thể hướng sự quan tâm đến một đối tượng hay sự việc nhất định. Chẳng hạn, một chiếc xe lướt qua sẽ không làm tế bào thần kinh bị kích thích, nhưng khi chúng ta đi lướt qua một người bạn cũ thì tế bào thần kinh lại bị kích thích. Những trải nghiệm khi thức giấc đáng chú ý như vậy sẽ được củng cố lại trong trí nhớ khi chúng ta bước vào giấc ngủ.
Trong lúc ngủ, ở một môi trường không có kích thích hay ý thức, não bộ sẽ chọn ra một số trải nghiệm nhất định, sắp xếp và đưa chúng vào trí nhớ của chúng ta.
Các nghiên cứu cho thấy hoạt động của não bộ trong giấc ngủ REM tăng lên đáng kể sau các trải nghiệm mới lại, các hoạt động đòi hỏi sự ghi nhớ hoặc sau khi học các khái niệm phức tạp. Vai trò trong việc xử lý và củng cố trí nhớ của giấc ngủ REM đã là vấn đề gây tranh cãi trong nhiều thập kỷ. Người ta đã từng đưa ra giả thuyết rằng vai trò duy nhất của giấc ngủ REM trong củng cố lại trí nhớ là cung cấp một môi trường vô thức, ngăn cản các trải nghiệm ban đêm lấn át các ký ức về sự việc đã diễn ra.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu về giấc ngủ đều nhận ra rằng các điều kiện hóa học thần kinh trong não lúc ngủ có vai trò rất quan trọng trong việc xử lý ký ức. Giấc ngủ có chức năng củng cố ký ức, lựa chọn, sắp xếp và lưu trữ các trải nghiệm quan trọng.
Kết luận
Não bộ là trung tâm điều khiển giấc ngủ. Từ đồng hồ chủ của nhịp sinh học đến việc giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh, giấc ngủ là sự tương tác phức tạp giữa các yếu tố di truyền với môi trường.
Giấc ngủ có vai trò rất cần thiết và quan trọng đối với mọi sinh vật sống, từ loài nhỏ nhất đến loài lớn nhất. Mặc dù ngủ là việc của mỗi cá nhân, các giấc ngủ đều có các giai đoạn và đặc điểm chung nhất định. Giấc ngủ giúp bảo vệ và phục hồi cơ thể, cho phép chúng ta xử lý và điều khiển những cảm xúc chỉ có ở con người.
Nguồn tham khảo: https://sleepopolis.com/education/sleep-and-the-brain/
