ערנות בלחיצת כפתור

במהלך חיינו אנחנו יודעים להתגבר על עייפות כבדה כשאנחנו מוכרחים לעמוד בדדליין, לקום באמצע הלילה כדי להאכיל תינוק בוכה או לנוכח סכנה מידית. רמת הערנות שלנו, ושל יונקים בכלל, משתנה בהתאם לקלט שאנחנו מקבלים מהסביבה, כמו מזון וקרבתם של טורפים, וגם בהתאם לנתונים פנימיים כמו רעב ועייפות. מחקרים רבים מצאו קשר בין התנודות הללו ברמת הערנות למוליך העצבי דופמין, אך המנגנונים המוחיים הספציפיים שדרכם הוא פועל לא אופיינו לעומק.

במחקר שפורסם בכתב העת Neuron ניסו חוקרים ממכון הטכנולוגי של קליפורניה (קאלטק) להבין איך אנו מצליחים להתעלות על הדחף העמוק לישון כשאנחנו ניצבים לפני גירוי משמעותי. החוקרים, בהובלתם של ויוויאנה גרדינרו (Gradinaru) ותלמיד המחקר ג'ונהוג ראיין צ'ו (Cho), התמקדו באזור בגזע המוח בשם גרעין ראפה הגבי (Dorsal Raphe Nucleus, ובקיצור DRN). בני אדם שנפגעו באזור הזה סבלו בעקבות זאת מקשיים בוויסות רמות הערנות ומעייפות כבדה בשעות היום, אך עד כה נעשה מעט מאוד כדי להבין את המעגלים המוחיים שתפקודם נפגע.

החוקרים התמקדו בפעילות של תאים שמשחררים דופמין ב-DRN, ומדדו את הפעילות העצבית שלהם אצל עכברים שנחשפו לגירויים בעלי ערך. נמצא שפעילות התאים הללו גברה כשהיה לגירויים ערך חיובי (זכרים ניהלו אינטראקציה עם נקבה או צרכו שוקולד) או ערך שלילי (שוק חשמלי). בנוסף החוקרים מצאו שהתאים התאימו את פעילותם למעגל השינה של העכברים, כך שכשהעכברים ישנו פעילות התאים הייתה נמוכה, וכשהיו ערים – גבוהה.

כדי לבסס קשר סיבתי בין פעילות התאים הללו לבין ערות, השתמשו החוקרים באופטוגנטיקה – שיטה שמאפשרת להשפיע באמצעות אור על פעילותם של תאים במוחם של עכברים מהונדסים גנטית. הם הפעילו את התאים בשלבים שונים במחזור השינה של העכברים וגילו שהעכברים התעוררו כתוצאה מהגירוי הזה בכל שלבי השינה, גם כשההפרעה לשינה נעשתה במצב של עייפות כבדה – מניעת שינה למשך ארבע שעות.

כניסוי משלים בחנו החוקרים איך השתקה של התאים הללו משפיעה על ערנות העכברים. הם שיבשו את פעילות התאים באמצעות חומרים כימיים ומצאו שהעכברים ישנו יותר באופן משמעותי בהשוואה לעכברי ביקורת. העכברים נטו לישון אפילו מול גירויים חיצוניים בעלי ערך גבוה, כמו ריח של נקבה או של טורף.

לבסוף החוקרים בחנו את תפקידם של תאי הדופמין ב-DRN כשהעכברים מתעוררים כתוצאה מגירוי חיצוני. הם השתיקו את פעילותם של התאים, הפעם באמצעים אופטוגנטיים מדויקים, והשמיעו צליל חזק בזמן שהעכברים ישנו. בעוד שעכברי הביקורת התעוררו ברוב המקרים, אלה שתאיהם הושתקו המשיכו לישון והתעלמו מהצליל.

הניסויים הראו שפעילות תאי הדופמין ב-DRN הכרחית לערנות מלאה כשהעברים עומדים מול גירויים משמעותיים, ושהיא מספיקה כדי להעיר את העכברים גם כשהם עייפים במיוחד. התאים האלה נמצאים גם במוח האדם, ואף שלא נחקרו לעומק עד כה, ניוון שלהם נקשר לעייפות כרונית אצל חולים במחלות ניווניות במוח, כמו ניוון רב-מערכתי ומחלת גופיפי לוי.

עדיין דרושים מחקרים נוספים כדי לבסס קשר סיבתי בין פעילות התאים הללו לבין בעיות ערנות אצל בני אדם. הבנת הקשר הזה עשויה להוביל לפיתוחן של גישות טיפוליות למצבים כמו נדודי שינה, עייפות יתר, והפרעות שינה שקשורות למחלות נפש כמו דיכאון, סכיזופרניה והפרעה דו-קוטבית.