Spory o funkci fáze REM spánku Zpracovávání denních podnětů a vytváření struktury osobnosti KAREL PSTRUŽINA
Proč to příroda zařídila tak, že třetinu svého života prospíme? Jaká je funkce spánku a jaký má spánek význam pro náš život? Tyto otázky si dnes kladou neurofyziologové, psychologové, vědci zabývající se kognitivní vědou a také nemnoho filozofů. Spánek se většinou netěšil velké pozornosti filozofů zkoumajících vědomí a poznávací procesy. Absence filozofických analýz této velmi významné části našeho života je propastná a nezbývá než se divit, jak je možné, že sice byly sledovány různé aktivity člověka, ale přibližně jedna třetina jeho života byla zcela zanedbána. Když si tedy položíme otázku, proč tak mnoho ze svého životního času prospíme, proč to příroda nezařídila jinak, začneme tušit, že spánek je významnou součástí našeho života. Přitom aktivita mozku se při spánku, zejména v průběhu fáze REM, velmi podobá stavům, v nichž si všechno uvědomujeme. Zpomalující korové procesy jsou mnohem slabší a rovněž aktivita jednotlivých neuronů je téměř taková jako v bdělém stavu. Mozkové procesy jsou doprovázeny rychlými očními pohyby (Rapid Eyes Movement, zkráceně REM), které znamenají, že se aktivizují myšlenkové procesy. Během fáze REM mozek vklouzne do svých přirozených procesů, není ovlivňován žádnými subjektivními podněty (žádnou vůlí či svobodným rozhodnutím) a pravděpodobně zpracovává denní informace. Ty se po zpracování v průběhu spánku stávají součástí struktury osobnosti. K. H. Pribram píše: Jestliže po řadu hodin prohlížíme elektroencefalografické záznamy, jak je EEG registruje, pak nám po návratu domů, když se uložíme k spánku, defilují před očima záznamy z celého dne, ne však v normálním pořádku, nýbrž v opačném. Tento jev je znám jako efekt vodopádu. Zřejmě v nervovém systému nastanou změny, které umožní znovu přehlédnout jednotlivé záznamy, ale zároveň je jasné, že toto prohlížení probíhá z výhodnějšího bodu. Stejně hovoří i D. Lehmann a M. Koukon: Sny jsou myšlenkami, přemýšlením během spánku, vyvoláním a kognitivním zpracováním starých nebo nedávno získaných zkušeností. Od doby, kdy N. Kleitmann, E. Aserinsky a W. C. Dement začali s empirickým výzkumem spánku, se naše vědomosti o něm prohloubily. Výzkum ukázal, že spánek má několik fází, které se v průběhu noci opakují. Jednotlivé fáze cyklu se projevují v odlišných biochemických procesech a v odlišné bioelektrické aktivitě našeho mozku. Jak je známo, cykly pozůstávají ze dvou pravidelně se střídajících typů spánku, NREM a REM.
Bioelektrické a biochemické procesy n BIOELEKTRICKÉ PROCESY. To, co elektroencefalogram zaznamenává během spánku, je střídání vln theta a delta. Po usnutí se nejprve na krátkou dobu objeví vlny theta (1. stadium), potom přecházíme do stále hlubšího spánku, při němž ustane pohyb a zpomalí se elektrická činnost mozku. Nejprve se na EEG objeví vřetena a k-komplex (2. stadium), posléze vlny delta s frekvencí okolo 3,5 Hz s vysokou amplitudou ve 20–50 % záznamu (3. stadium), a potom vlny delta ve více než 50 % záznamu (4. stadium). Pak se pozvolna vracíme až do stadia REM s typickými vlnami theta, které se projeví očními pohyby a poklesem svalového napětí na bradě i krku. Uvedený cyklus se během noci opakuje čtyřikrát až pětkrát a jeden cyklus trvá 90–120 minut. Spánek NREM se postupně zkracuje a stává se mělčím, zatímco spánek REM se prodlužuje. Čas strávený v jednotlivých stadiích je u každého člověka trochu jiný – rozdíly do značné míry závisejí na tom, co jsme dělali během dne, jak se domnívá např. K. Pribram. n BIOCHEMICKÉ PROCESY. Ve fázi NREM se uvolňuje růstový hormon, zatímco lehký spánek a bdění jeho uvolňování potlačují. Spánek NREM vzniká buď vyplavením serotoninu z příslušných oblastí mozku, anebo jeho zvýšenou syntézou z aminokyseliny tryptofanu (proto beztryptofanová dieta vede k nespavosti). Ukončení této fáze spánku podmiňují enzymové aktivity (monaminooxidáza), které odbourávají serotonin. Tím se vytvářejí podmínky k působení noradrenalinu. Jeho účinku odpovídá REM-spánek, jenž je spjat s intenzivním sněním. Noradrenalin je pak katalytickým působením příslušných enzymů zbaven aktivity, což zase vytváří předpoklad pro účinky serotoninu. Celý proces se během noci opakuje asi pětkrát. Střídání fází spánku v údobích života Během života se délka fází mění. Po narození tvoří REM-spánek polovinu z celkového času spánku, v pátém roce života klesá na 30 % až 20 % a po 45. roce života tvoří 13 % celkové doby spánku. Ukazuje se také, že spánek nezačíná v různých stadiích vývoje toutéž fází. Až dosud se nejvíce sporů vedlo o funkci REM-spánku. Podle nejnovějších výzkumů však k analýze vztahu REM-spánku a poznání přibývá také NREM-spánek a jeho role. Při REM-spánku se zřejmě něco děje se zpracováním informací, s nimiž jsme se během dne setkali. Nejvíce domněnek o funkci REM-spánku je spojeno s upevněním dlouhodobé paměti. Svědčí o tom některé z výzkumů. Např. I. Oswald uvádí: Jestliže necháme respondenta, aby se naučil nesmyslná slova nebo skupiny hlásek, a testujeme ho po 8 hodinách, během nichž nespal, nebo po 24 hodinách, během nichž měl čas i na spánek, jsou výsledky zapamatování lepší po 24 hodinách s vloženým spánkem. Zdá se, že paměťové stopy závisejí na proteinových molekulách, které jsou produkovány mozkem v REM-spánku. V. Bloch, který rovněž uskutečnil sérii experimentů týkajících se konsolidace paměti ve vztahu k EEGvlnám, tvrdí, že se paměťové záznamy vytvářejí ve
Doc. PhDr. Karel Pstružina, CSc., (*1941) vystudoval Filozofickou fakultu UK. Na Vysoké škole ekonomické se na katedře filozofie zabývá kognitivní vědou a také filozofií a metodologií vědy. http://www.cts.cuni.cz/vesmir l VESMÍR 80, červen 2001
309
Odpočinek. (Afghánistán 1965) Ilustrační snímek Vilém Heckel, © Milada Heckelová
dvou fázích informačního zpracování. V periodě, která bezprostředně následuje po procesu učení, a v periodě rychlých EEG-vln bez nějaké modifikace NREM-spánku. V poslední době uskutečnil sérii experimentů P. Maquet a dospěl ke shodným závěrům. Výzkumů REM-fáze spánku ve vztahu ke upevňování paměti bylo uskutečněno mnoho, ale jejich výsledky jsou sporné. Jednou z nejnovějších studií na toto téma je práce R. P. Vertese a K. E. Eastmanové.
310
VESMÍR 80, červen 2001 l http://www.cts.cuni.cz/vesmir
Autoři v ní podrobně analyzují jednotlivé experimenty z posledních let, které se týkají především snové deprivace, a docházejí k závěru, že rytmus theta v průběhu REM-spánku je jen vedlejším produktem, který je způsoben aktivací retikulární formace mozkového kmene a pro upevňování paměti nemá žádný význam. REM-spánek je zde proto, aby zajišťoval stimulaci mozku. Na REM musíme pohlížet jako na součást spánku, nikoli jako na bdělý proces. Vertes a Eastmanová přitom vycházejí z vlastních výzkumů a poznamenávají, že rytmus theta, který máme v průběhu bdění, slouží paměťovým funkcím během
bdění, avšak rytmu theta v průběhu REM-spánku se to netýká. Naproti tomu se J. Winson domnívá, že paměťové záznamy, které jsou kritické pro přežití, se v REMspánku upevňují selektivně. Obdobnou domněnku vyslovuje také A. Revonsuo: V dávné minulosti byl lidský život krátký a plný nebezpečí a každé jednání v nebezpečném prostředí, které poskytovalo pravděpodobnost reprodukčního úspěchu, bylo fixováno. Mechanizmus produkce snů, který směřoval k selekci nebezpečí v bdělých stavech a simuloval je v nejrůznějších kombinacích, mohl být hodnotný pro vývoj dovedností jak se nebezpečí vyhnout. REM-spánek a snění Mezi sněním a REM-spánkem je ovšem rozdíl – snění je subjektivní zážitek a REM-spánek je objektivní fyziologický proces. Proto se domněnky Winsonova a Revonsuova, přestože jsou si podobné, týkají odlišných věcí. Je totiž možné, že sny jsou jen průvodním jevem fyziologických procesů probíhajících v REM-spánku. Mnohé výzkumy prokazují, že snění je iniciováno ve specifických strukturách předního mozku nezávisle na REM-stavu (ten je iniciován v mozkovém kmeni). Existuje také domněnka, že snové představy jsou vytvářeny komplexem kognitivních procesů, nikoli chaotickou aktivací v předním mozku. n PAMĚŤ VE SNU. M. Solms dospěl k závěru, že …ačkoli existuje významné spojení mezi REM-spánkem a sněním, ve skutečnosti jde o odlišné stavy. REMspánek se může odehrávat bez snů a snění může být bez REM-spánku. REM-spánek a snění jsou kontrolovány odlišnými mozkovými mechanizmy. Snění a REM-spánek nejsou v úplné korelaci. 5–30 % respondentů vzbuzených v REM-spánku o snech nehovoří, alespoň 5–10 % vzbuzených v NREM však hovoří o snech, které jsou nerozeznatelné od zpráv v REM-spánku. Může to být způsobeno buď problémem zapamatovat si sny v REM, nebo je možné, že si pamatujeme sny z REM-fáze, když jsme vzbuzeni v NREM. Je ale velmi pravděpodobné, že se i v NREM odehrávají určité snové aktivity, které jsou pokračováním REM. O této možnosti se zmiňuje také T. A. Nielsen: […] alternativní model předpokládá existenci procesů skrytého REM-spánku během NREM. Taková aktivita by mohla být odpovědná za snové poznávání ve fázi NREM. I když spory o vliv snů a REM-spánku na upevnění paměti stále přetrvávají, je zřejmé, že se v nás děje něco, co neovládáme, ale co je z hlediska každodenního prožívání světa významné. Jestliže platí, že REM-spánek (nebo snění a snad i NREM-spánek) výrazně ovlivňuje paměťové procesy (pravděpodobně upevňuje sémantickou a procedurální složku dlouhodobé paměti), pak to, co si zapamatujeme a jak bude formována naše zkušenostní báze, můžeme ovlivnit jen zčásti. Především tím, že svou mysl zásobujeme podněty, které budou ve spánku nějak automaticky a na našich tužbách nebo vůli nezávisle přehodnoceny. V tomto případě jsme z určité části přírodní automaty. Naše individuálnost splývá s přírodními biologickými procesy a ve svých důsledcích prolamuje Descartovu klatbu subjektivity. Pochopitelně je zde ještě velká část našeho vědomého života, kde vůle, svobodné rozhodnutí apod. mohou sehrávat důležitou roli, vždy však jen na určitém paměťovém a snad i zkušenostním základu, který lze obejít jen obtížně. n INTELEKTUÁLNÍ PROBLÉMY VE SNU. Jinou otázkou je, zda lze v REM-spánku řešit intelektuální problémy.
CO DOKAZUJÍ STUDIE n J. MONTANGERO. Informuje o laboratorním experimentu se sny šesti respondentů. Čtyřem z nich byl k řešení dán formální problém, dva se pokoušeli řešit problém intelektuální, který měl vztah k jejich profesionální kariéře. I když se prvky problému v jejich snech objevily, žádná z 29 zpráv o snech neobsahovala řešení. Respondenti však řešení poměrně snadno našli během první hodiny ráno po probuzení. Vzhledem k malému počtu respondentů nelze říci, zda sny přispěly k úspěšnému řešení. Podle Montangerova názoru je k řešení problému v průběhu REM-spánku nebo po probuzení nutná profesionální zaujatost na problému. n D. BARRET. V jeho studii bylo respondentovi dovoleno, aby si problém, který chce řešit ve snech, vybral sám. Výsledky podle Barreta ukazují, že osobní problémy byly během snů řešeny lépe než problémy akademické nebo intelektuální. Osobní problémy však postrádají přesná kritéria, tudíž je podezření, že domnělé řešení je spíše výplodem retrospektivy než snů samých. n R. D. CARTWRIGHTOVÁ srovnává řešení problémů dosažených po periodě REM-spánku s výsledky dosaženými při bdění a dochází k závěru, že vzrůst schopnosti řešit intelektuální úlohy po fázi spánku zatím není potvrzen. n M. BLAGROVE podává důkladný přehled kritik paradigmatu snových funkcí a řešení problémů. Rozlišuje mezi třemi typy řešení ve snu: — sny, které aktuálně tvoří nové a užitečné řešení problémů vztažených k aktuálním úkolům každodenního života; — sny obsahující řešení interních problémů, s nimiž se můžeme setkat ve snech, které však nejsou relevantní k problémům v každodenním životě; — sny reflektující řešení problémů v bdělém stavu, u nichž však neexistuje evidence o tom, že se takové řešení odehrálo v bdělé mysli (to znamená, že sny nepřispěly k řešení, ale pouze reflektují řešení, které se odehrálo v bdělé mysli). Blagrove se domnívá, že pro řešení problému prvního typu neexistuje dostatečná evidence. Většina snů buď reflektuje již známé řešení problémů, nebo má význam jen v kontextu snů.
W. C. Dement podává zprávu o sérii pokusů, při kterých se 500 studentů snažilo 15 minut před spaním řešit stejný problém. Ráno popsali své sny, a pokud problém nebyl objasněn, strávili jeho řešením dalších 15 minut. Z 1148 pokusů byl ve snech problém vyřešen pouze v 7 případech (úspěšné bylo méně než 1 % snů). Je však otázka, zda 15minutové soustředění před spánkem na daný problém je dostatečné. Kdyby se daly během REM-spánku tvůrčím způsobem řešit problémy, pak by se tím problémem musel respondent zabývat bytostně, muselo by to být něco, co se dotýká celé jeho osobnosti. Jen v takovém případě by spící mozek mohl být daným problémem stimulován. Spory o funkci spánku potrvají ještě dlouho Z nejnovějších výzkumů vyplývá, že spory o funkci spánku a snění přetrvávají. Je to především tím, že experimenty zakládající fakta se týkají především subjektivní zkušenosti, kterou lze měřit jen obtížně. A tak vědci nebo psychologové a filozofové, kteří se zabývají poznáním a kteří se snaží o vhled do problematiky mysli, jsou nuceni spíše se opírat o koherenci ve svých úsudcích než o měřitelná fakta. Mozek pracuje neustále, zpracovává minulé podněty a připravuje se na rozhodování o budoucích aktivitách. Chamtivě získává informace, požírá je, a pokud jimi není dostatečně zásoben, vytváří si je http://www.cts.cuni.cz/vesmir l VESMÍR 80, červen 2001
311
ze svých paměťových záznamů sám. Tak vzniká mnoho imaginativních a fantazijních produktů. Aktuální myšlení bezprostředně odráží všechny naše činy i okolní realitu světa. Vedle této roviny však mysl obsahuje také něco, co vzniklo z dlouhodobého pozorování reality. V tomto smyslu je mysl vytvářena v historické dimenzi. Plány, očekávání, hodnoty, záměry, které jsou kritériem pro naše rozhodování, zkušenost, dlouhodobá paměť – to vše do této roviny mysli patří. Je sice možné, že sny jsou pouze vedlejším produktem vědomí, avšak mnohem pravděpodobnější je vysvětlení, že role spánku spočívá ve zpracovávání denních podnětů a vytváření základní endoceptivní struktury osobnosti (historicky utvářené struktury). Endocepty (životní plány, stupnice hod-
ESEJ
Náš dům, náš hrad
Sergejevna Stěpanovna je rozčilena k nepříčetnosti. Ta prokletá Anna Alisajeva už zase někam založila její nůž na chleba, a předtím si s ním dokonce ukrojila krajíc z cizího pecnu. Podobné incidenty ze společných kuchyní mají ještě Moskvané i obyvatelé dalších velkých měst širé Rusi v živé paměti. Sovětský experiment s komunálními byty, v nichž několik rodin sdílelo kuchyňské a další prostory, se zjevně neosvědčil. S mnohem větším úspěchem se společné bydlení setkává v novoguinejských vesnicích. Je pozoruhodné, jak mnoho kmenových společností zvolilo – zejména pro mužskou část populace – nějakou formu sdíleného ubytování. Ačkoliv stavebních parcel, materiálu a pracovní síly je v každé novoguinejské vesnici dostatek k tomu, aby si každý vystavěl vlastní domek, dominuje mnoha vesnicím „dlouhý dům“ sdílený dospělými muži celého klanu. Například v nížiSnímek © Lukáš Čížek
312
VESMÍR 80, červen 2001 l http://www.cts.cuni.cz/vesmir
not, zkušenost) jsou pravděpodobně každý den ráno bohatší o zážitky z minulých dnů, nebo naopak stabilnější, jestliže jsme v minulých dnech neprožili nic, co by bylo natolik nové, aby nás to proměnilo. Spory o funkci REM-spánku pravděpodobně potrvají ještě dlouho, orientace na tento výzkum však signalizuje, že spánku je nutno věnovat značnou pozornost. ¨ LITERATURA Montangero J.: Dream, problem-solving and creativity, Dreaming as cognition, Harvester Wheatsheaft 1993 Barret D.: Trauma and dreams, Harvard 1993 Cartwright R. D.: Problem solving: Waking and dreaming, Journal of Abnormal Psychology 1983 Blagrove M.: Dreams as the reflection of our waking concerns and abilities, Dreaming 1992
VOJTĚCH NOVOTNÝ
nách okolo hory Bosavi býval tradiční až třicet metrů dlouhý „dům mužů“, v jehož rozích spali ti nejvlivnější a v jejich blízkosti pak (podle oblíbenosti a postavení) jejich spojenci. Menší domečky manželek byly vystavěny okolo. V nich se vařilo a vychovávaly se děti, zatímco muži poklidně rozprávěli ve velkém domě, kam měly ženy vstup přísně zakázán. Také dospívající chlapci se sestěhovali do svého komunálního domu, který sdíleli, dokud nezískali právo bydlet společně s muži. Tradiční styl bydlení narušili až misionáři, kteří všude prosazovali rodinné uspořádání, v němž sami vyrostli, a proto je považovali za jediné správné, ne-li přímo Bohem předepsané. Přesto se v mnoha oblastech tradice velkých domů zachovala dodnes, i když někde se do nich sestěhovaly celé rodiny. Okolo řeky Sepik není vzácností, jestliže narazíte na skutečně mohutné stavby na pilotách, v nichž ve velkém neděleném vnitřním prostoru žije a hospodaří třeba pět rodin. Společné ubytování bylo jistě praktické pro rychlou mobilizaci mužů k obraně napadené vesnice, kromě toho ovšem odráží větší míru spolupráce a intenzitu vzájemných vztahů v rámci klanu, než na jakou jsme zvyklí v Evropě. Pro evropský vkus poskytuje uspořádání novoguinejské vesnice jenom velmi málo soukromí, což je ovšem vyváženo tím, že soukromí má každý po libosti během denního zaměstnání. Ráno se všichni vydají na své rodinné zahrádky, obvykle založené na mýtinách v okolním lese. Mají na nich i jednoduché zahradní domky, v nichž a okolo nichž stráví rodina celý den. Nocleh ve vesnici je společenskou událostí po denním soukromém životě. Společnost tak žije opačným rytmem, než na jaký jsme zvyklí z Evropy, kde zaměstnání je příležitostí ke společenským interakcím, zatímco večery a noci jsou záležitostí rodinnou a soukromou. Jaký bude další vývoj ubytovacích způsobů, není (zejména v Evropě) jisté. Roste podíl pracovních aktivit odehrávajících se přes internet. Lidé pracují v soukromí před svým monitorem, který je umístěn třeba právě v zahradním domku, a přicházejí tím o poslední příležitost jak se dostat do společnosti. Zda tento trend vyústí v bourání mezibytových příček v našich panelácích, není jisté, nicméně nelze vyloučit, že sovětský systém komunálních bytů jenom předběhl dobu. Ne nadarmo jsme se ve škole učili, že Sovětský svaz je země, kde zítra již znamená včera. o
Nahoře: Je pozoruhodné, jak mnoho kmenových společností zvolilo – zejména pro mužskou část populace – nějakou formu sdíleného ubytování. Ačkoliv stavebních parcel, materiálu a pracovní síly je v každé novoguinejské vesnici dostatek k tomu, aby si každý vystavěl vlastní domek, dominuje mnoha vesnicím „dlouhý dům“ sdílený dospělými muži celého klanu. Například v nížinách okolo hory Bosavi býval tradiční až třicet metrů dlouhý „dům mužů“, v jehož rozích spali ti nejvlivnější a v jejich blízkosti pak (podle oblíbenosti a vlivu) jejich spojenci. Menší domečky manželek byly vystavěny okolo. V nich se vařilo a vychovávaly se děti, zatímco muži poklidně rozprávěli ve velkém domě, kam měly ženy vstup přísně zakázán. Snímek k eseji V. Novotného „Náš dům, náš hrad“ na s. 312
302
VESMÍR 80, ãerven 2001 http://www.cts.cuni.cz/vesmir
Dole: Zkoumáme herbivorní hmyz, snímek k eseji V. Novotného „Vědecké týmy přicházejí za povyku píšťal“ na s. 344 Oba snímky © V. Novotný Na obálce: Model HIV-proteázy (větší model) v komplexu se specifickým inhibitorem připravený na ÚOCHB AV ČR (J. Litera a M. Souček). Model je založený na krystalové struktuře určené ve spolupráci s laboratoří J. Sedláčka na ÚMG AV ČR a R. Hilgenfelda v Jeně. Katalytická doména integrázy viru HIV (menší model) graficky upravený ze strukturní databáze proteinů (soubor PDB 1BI4). Modely připravil a graficky upravil Martin Lepšík. K článku J. Konvalinky a L. Machaly „Terapie aidsu po dvaceti letech“ na s. 332.
