در طول سال‌ها، دانشمندان ایده‌های زیادی برای توضیح علت خواب ارائه داده‌اند. بعضی‌ها ادعا کرده‌اند که خواب راهی برای ذخیره‌ی انرژی است. بقیه پیشنهاد کرده‌اند که چرت زدن فرصتی فراهم می‌کند تا سلول‌های مغز از شر مواد زائد خود خلاص شوند. هنوز هم کسانی هستند که می‌گویند خواب به آسانی حیوانات را در وضعیتی قرار می‌دهد که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا از چشم شکارچیان پنهان شوند.
تحقیقاتی که پنجشنبه‌ی هفته‌ی گذشته در ژورنال Science منتشر شد شواهدی را برای ایده‌ی دیگری فراهم کرده است. ما می‌خوابیم تا برخی از چیزهایی را که در هر روز یاد گرفته‌ایم فراموش کنیم.
برای یادگیری، ما باید ارتباطات یا سیناپس‌ها را بین نورون‌ها در مغزمان رشد دهیم. این ارتباطات نورون‌ها را قادر می‌سازند تا سیگنال‌هایی را سریعاً و به طور کارآمد به یکدیگر ارسال کنند. ما خاطره‌های جدید را در این شبکه‌ها ذخیره می‌کنیم.
در سال ۲۰۰۳، Giulio Tononi و Chiara Cirelli، زیست‌شناسان دانشگاه Wisconsin-Madison، پیشنهاد کردند که سیناپس‌ها در طول روز آنقدر بزرگ رشد می‌کنند که مدارهای مغزی ما شلوغ می‌شود. هنگام خواب، دانشمندان ادعا می‌کنند که ارتباطات مذکور برای رفع سیگنال‌های نویز قطع تماس می‌کند.
از سال‌های بعد آن، دکتر Tononi و دکتر Cirelli، همراه با محققان دیگر، با شواهد غیرمستقیمی روبه‌رو شده‌اند که از فرضیه‌ای به نام هومئوستاز سیناپسی حمایت می‌کند.
برای مثال معلوم شده است که نورون‌ها می‌توانند سیناپس‌هایشان را به نوعی هرس کنند؛ حداقل در آزمایش که اینگونه بوده است. در آزمایش‌ها روی خوشه‌های نورونی، دانشمندان می‌توانند دارویی به آن‌ها دهند تا آن را به رشد دادن سیناپس‌های بیشتر تحریک کند. پس از این کار نورون‌های مذکور شروع می‌کنند به برچیدن بعضی از آن‌ها.
دیگر شواهد از موج‌های الکتریکیِ آزادشده در مغز بدست آمده است. در طول خواب عمیق، موج‌ها آهسته‌تر می‌شوند. دکتر Cirelli و دکتر Tononi ادعا می‌کنند که به نوعی آب رفتن سیناپس‌ها این تغییرات را به وجود می‌آورد.
چهار سال پیش، آن‌ها شانس این را پیدا کردند تا نظریه‌ی خود را با مشاهده‌ی خود سیناپس‌ها آزمایش کنند. آن‌ها نوعی برش‌دهنده برای بافت مغز پیدا کردند و با آن صفحات بسیار نازکی از مغز موش تهیه نمودند.
Luisa de Vivo، دانشمند دستیاری که در آزمایشگاه آن‌ها کار می‌کرد، بررسی پرزحمتی انجام داده و بافت موش‌ها را در حالت خواب و بیداری بدست آورد. او و همکارانش اندازه و شکل ۶۹۲۰ سیناپس را در کل مشخص نمودند. این سیناپس‌ها در مغز موش‌های در حال خواب، ۱۸% کوچک‌تر از نمونه‌های مربوط به بیداری بودند. این مورد تغییری بزرگ محسوب می‌شود که در کل شگفت‌آور است.
مطالعه‌ی دوم توسط Graham H. Diering، محقق فوق‌دکترا در دانشگاه جان هاپکینز رهبری می‌شود. دکتر Diering و همکارانش فرضیه‌ی هومئوستاز سیناپسی را با مطالعه‌ی پروتئین‌ها مغز موش مورد تجزیه و تحلیل قرار داده‌اند.
در آزمایشی، دریچه‌ای بسیار کوچک ایجاد شد تا محققان بتوانند نگاهی به مغز موش‌ها داشته باشند. سپس ماده‌ای شیمیایی اضافه گردید که پروتئینی سطحی را در سیناپس‌های مغز روشن می‌کند. آن‌ها دریافتند که شمار پروتئین‌های سطحی در هنگام خواب افت می‌کند. این کاهش چیزیست که ما از به اصطلاح آب رفتن سیناپس‌ها انتظار داریم.
سپس محققان محرک مولکولی را برای این تغییر جستجو کردند. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که صدها پروتئین درون سیناپس‌ها هنگام خواب افزایش یا کاهش پیدا می‌کنند ولی یکی از آن‌ها ویژه است که Homer1A نام دارد. در آزمایش‌های اولیه روی نورون‌ها در ظرف آزمایشگاهی، این پروتئین برای قطع رابطه‌ی سیناپس‌ها مهم شناخته شده است. دکتر Diering به دنبال این بود که آیا این پروتئین در خواب هم مهم است یا نه؟
برای پی بردن به این قضیه، او و همکارانش موش‌هایی را بررسی کردند که با مهندسی ژنتیک برای نداشتن پروتئین‌های Homer1A طراحی شده بودند. این موش‌ها مانند هم‌گونه‌های عادی خود می‌خوابیدند اما سیناپس‌های آن‌ها پروتئین‌هایشان را مانند آنچه در موش‌های عادی اتفاق می‌افتد، تغییر ندادند.
این مطالعه پیشنهاد می‌کند که خواب‌آلودگی نورون‌ها را برای ساختن Homer1A و فرستادن آن به سیناپس‌ها تحریک می‌کند. با شروع خواب، Homer1A دستگاه هرس خود را روشن می‌کند.
برای مشاهده‌ی چگونگی تأثیر این دستگاه بر یادگیری، دانشمندان از موش‌های عادی تست حافظه گرفتند. آن‌ها جانوران را در اتاقکی قرار دادند که در صورت حرکت روی بخشی از کف شوکی ملایم دریافت می‌کردند. آن شب، دانشمندان ماده‌ای شیمیایی به مغز برخی از موش‌ها تزریق کردند. این ماده به نظر می‌آید نورون‌ها را از هرس کردن سیناپس‌ها بازمی‌دارد. روز بعد، همه‌ی موش‌ها به اتاقکی که در آن بودند برگردانده شدند. هر دو گروه از موش‌ها بیشتر وقت خود را بی‌حرکت، در ترس و با یادآوری شوک گذراندند.
با این حال وقتی دانشمندان آن‌ها را در اتاقک دیگری قرار دادند، تفاوت بزرگی مشاهده شد. موش‌های عادی محیط اطراف را کنجکاوانه بو می‌کردند. موش‌هایی که از هرس شدن سیناپس‌هایشان جلوگیری شده بود باز هم بی‌حرکت ماندند.
دکتر Diering بر این باور است که موش‌های تزریقی نتوانسته‌اند حافظه‌ی خود را به طور اختصاصی روی اتاقکی که در آن شوک دیده بودند متمرکز سازند. بدون هرس شبانه، حافظه‌ی آن‌ها ساکن مانده است.
در آزمایش خود آن‌ها، دکتر Tononi و همکارانش دریافتند که این فرآیند پاک‌سازی هر نورونی را درگیر نمی‌کند. یک‌پنجم سیناپس‌ها بدون تغییر باقی می‌مانند. امکان دارد که این سیناپس‌ها حافظه‌های به خوبی تثبیت‌شده را به صورت رمز درمی‌آورند که نباید آن‌ها را دستکاری کرد.”فراموش کردن در مسیری هوشمندانه”.
دیگر محققان درباره‌ی این که این یافته‌ها اثباتی نهایی برای فرضیه‌ی هومئوستاز سیناپسی هستند با احتیاط برخورد می‌کنند.
Marcos G. Frank، محقق خواب در دانشگاه ایالت واشنگتن می‌گوید: گفتن این که تغییرات مغز در شب بر اثر خواب ایجاد می‌شود یا ساعت بیولوژیکی مشکل است. این مشکلی کلی در زمینه مورد بحث است.
Markus H. Schmidt، از مؤسسه‌ی پزشکی خواب اوهایو اذعان می‌دارد در حالی که مغز شاید سیناپس‌ها را هنگام خواب هرس کند، ولی آیا می‌توان این موضوع را اصلی‌ترین دلیل برای خواب تلقی کرد. “این کار بسیار بزرگ است ولی سؤال این است؛ آیا این یکی از عملکردهاست یا خود عملکرد؟”
بسیاری از اندام‌ها نه فقط مغز، به نظر می‌آید در طول خواب عملکردی متفاوت دارند. برای مثال روده در هنگام خواب سلول‌های بسیارِ جدیدی می‌سازد. یافته‌های جدید باید چیزی را که داروهای خواب امروزی در مغز انجام می‌دهند مورد توجه قرار دهد. همچنین امکان دارد این داروها در فرآیند هرس کردن سیناپس‌ها برای شکل دادن به حافظه دخالت کنند. “شاید با استفاده از این داروها علیه خودمان کار کنیم!”
در آینده، داروهای خواب شاید به طور دقیق مولکول‌هایی را که در خواب دخیل اند هدف قرار دهند تا از هرس شدن مناسب سیناپس‌ها اطمینان حاصل گردد. قطعاً با فهمیدن این که در واقعیت چه اتفاقی می‌افتد ایده‌های بهتری هم می‌توان برای درمان داشت.
