Gener styrer vores indre ur

Der er ingen tvivl om, at søvn på flere måder er påvirket af døgnets regelmæssige vekslen mellem lyse og mørke timer. Alle dyr – og planter – har et indre, biologisk ur, som regulerer en lang række fysiologiske, biokemiske og adfærdsmæssige processer.

Det biologiske ur styres af en lang række gener, der påvirker hinandens aktivitet i en kompliceret indbyrdes sammenhæng, så de skiftevis tænder og slukker i en regelmæssig rytme. Det ­indre ur kører i princippet helt af sig selv i en cyklus på lige omkring 24 timer, men det påvirkes af lys, som får det til at finindstille eller kalibrere sig selv to gange i døgnet, nemlig ved middag og midnat.

Det biologiske ur hører hjemme i hypothalamus, som ligger dybt inde i storhjernen, og herfra sender det besked om, “hvad klokken er slået”, til resten af hjernen. Sideløbende med at det biologiske ur får os til at sove på et bestemt tidspunkt af døgnet, så sørger en slags indre termostat for, at vi bliver trætte, når vi har været vågne en vis tid. Nogle af hjernens nerveceller i hypothalamus udskiller bl.a. hormonet orexin, som får hjernen til at vågne op og holde sig vågen.

Søvnlidelser invaliderer patienter

I hjernestammen danner de opvågnede nerveceller stoffet adenosin, som op­hobes i løbet af dagen. Dette stof har en hæmmende effekt på netop de nerve­celler i hypothalamus, som fik hjernen til at vågne op, så når koncentrationen af adenosin i hjernen bliver tilstrækkeligt høj, begynder produktionen af orexin igen at falde. Mange andre stoffer – bl.a. melatonin – er med til at opretholde veksel­virkningen mellem søvn og vågen tilstand, og det er denne mekanisme, som gør, at man efter en periode med for lidt søvn får et søvnunderskud.

Forskerne kender en lang række af de gener og områder af hjernen, som er med til at regulere søvnrytmen, og hvis de muterer, beskadiges eller påvirkes af sygdom, har det ofte en markant indflydelse på søvnen. I 2009 kunne den italienske læge Roberto Vetrugno fra universitetet i Bologna således rapportere om to personer på omkring 50 år, der led af sygdommen multiple system atrophy (MSA), som får nervecellerne i visse dele af hjernen til at degenerere og dø.

Hos netop disse to patienter var det gået ud over hjernens evne til at regulere balancen mellem søvn og vågen tilstand, og resultatet var, at patienterne aldrig rigtigt sov. Når de lagde sig for at sove om aftenen, gled de ind i en meget urolig tilstand, hvor deres hjernebølger kun tilnærmelsesvis mindede om dem, man normalt regi­strerer under søvnens fire faser.

Begge patienterne sov kun den lette N1-søvn samt REM-søvn, der indeholdt meget voldsomme drømme, hvor patienterne gik omkring, gjorde store bevægelser, talte højt og råbte. Den besynderlige søvn varede kun få minutter ad gangen og blev i løbet af natten afbrudt flere gange af korte perioder, hvor personerne var vågne, men plaget af kraftige hallucinationer og forvirring.

Ved hjælp af MR-skanninger kunne Roberto Vetrugno påvise, at patienterne havde skader i dele af hjernestammen, som regulerer døgnrytmen, og at det var årsagen til den ­observerede tilstand.

Falder i søvn på arbejdet

En mere almindelig søvnlidelse er narkolepsi, hvor der er for få af de orexin-producerende celler i hypothalamus. Det gør, at hjernen har svært ved at holde sig selv vågen, og derfor falder patienterne ofte i søvn midt på dagen, mens de fx er i gang med at arbejde. Selv efter at have taget en lille lur bliver de hurtigt trætte igen, og når søvnen melder sig, er det vanskeligt eller helt umuligt for patienterne at holde sig vågne.

En anden søvnlidelse, FASPS (familial advanced sleep-phase syndrome), er arvelig og påvirker det biologiske ur, så patienternes døgnrytme er rykket omkring fire timer frem. De går altså meget tidligt i seng og står meget tidligt op, men har ellers ingen problemer med søvnen.

Natten får bugt med frie radikaler

Selv om forskerne ved meget om de ­mekanismer, der regulerer den daglige vekselvirkning mellem søvn og vågen tilstand, forklarer de ikke selve formålet med at sove. På trods af at Jerome Siegel mener, at dyr kun sover, når de ikke har noget andet at foretage sig, så viste hans undersøgelse om dyrenes søvnbehov imidlertid også en anden sammenhæng, der umiddelbart strider mod denne teori.

Det viste sig nemlig, at små dyr – som har en stor overflade i forhold til deres vægt og derfor skal spise meget for at holde varmen – helt generelt sover mere end store dyr. Som en tommelfingerregel kan man sige, at hver gang et dyr bliver ti gange tungere, falder dets daglige søvnbehov med halvanden time. Den ame­rikanske forsker forklarer denne tilsyneladende modstrid med, at netop de små dyr, som nemt kommer til at fryse, har gavn af at kunne putte sig i en varm rede og spare på energien ved at sove meget.

De små dyrs høje stofskifte fører imidlertid også til, at deres celler danner mange af de skadelige frie radikaler ­(reaktive iltforbindelser), som ødelægger cellemembraner, proteiner og dna og derved har indflydelse på aldrings­processerne. Når dyrene sover, falder stofskiftet, og det giver kroppen lejlighed til at uskadeliggøre de ophobede frie radi­kaler. Allerede i 2002 kunne Jerome Siegel således påvise, at hvis en rotte blev forhindret i at sove, steg mængden af frie radikaler i dens hjerne.

Søvn kan således være en måde at beskytte hjernens nerveceller på, og andre forskere har udført forsøg, der tyder på, at søvn også kan stimulere dannelsen af nye nerveforbindelser. Fx har det vist sig, at flere gener, som er involveret i disse processer, især aktiveres under søvnen, og at deres aktivitet hæmmes i perioder med søvnmangel.

Søvn hjælper immunforsvaret

En række undersøgelser af både dyr og mennesker tyder desuden på, at im-munforsvaret er afhængigt af en god nats søvn for at kunne fungere optimalt. ­Monica Levy Andersen fra Universidade Federal de São Paulo i Brasilien viste i 2007, hvordan søvnmangel påvirker ­antallet af hvide blodlegemer hos rotter.
I 21 dage fik dyrene kun lejlighed til at sove otte-ni timer i døgnet, hvor de ­normalt ville sove mindst 12 timer.

Efter tre uger var antallet af hvide blodlegemer faldet med 20 pct. i forhold til hos rotter, som havde sovet normalt. Faldet var endda helt oppe på 40 pct. for de såkaldte­ lymfocytter – en særlig slags hvide blodlegemer, som spiller en vigtig rolle i immunforsvaret. Konsekvensen af de færre hvide blodlegemer kan ifølge forskerne måske være, at dyrene bliver mere udsatte for infektionssygdomme.

Det er endnu ikke fuldt klarlagt, hvordan søvnmangel kan svække immun­forsvaret og hormonproduktionen. Men man ved, at det biologiske ur påvirker mange funktioner i kroppen, herunder udskillelsen af en lang række hormoner. Selv om søvnmangel ikke nødvendigvis får det indre ur til at gå forkert, er det slet ikke utænkeligt, at der er en sammenhæng.

Søvnens evne til at styrke immunforsvaret og regulere hormonproduk­tionen kan imidlertid ikke i sig selv være en afgørende årsag til, at vi har brug for søvn, for der er ingen grund til at antage, at disse vigtige processer nødvendigvis behøver at foregå i søvnens bevidstløse tilstand. Altså må søvnen have et andet formål, som kræver, at bevidstheden og hjernens normale aktivitet er slået fra.

Det formål mener Jan Born og hans kollega Susanne Diekelmann fra universitetet i Lübeck i Tyskland at kende. Forskerne har gennem mange år arbejdet med, hvordan hukommelsen virker, og her spiller søvnen en vigtig rolle.

Mennesket og de fleste andre dyr kan helt grundlæggende lagre ny viden to forskellige steder, nemlig i korttids- eller langtidshukommelsen. Meget simpelt forklaret, så arbejder korttidshukom­melsen hurtigt og effektivt, dvs. at den blot skal præsenteres for den nye viden en enkelt gang, hvorefter den er indkodet i hukommelsen. Dette lager er dog kun midlertidigt, så for at fastholde den nye viden i længere tid skal den flyttes over i langtidshukommelsen, som ikke er nær så lærenem. Her skal den nye viden ­gentages adskillige gange, før den konsoliderer sig, og det er i den forbindelse, at søvnen har en afgørende rolle.

Minder repeteres i hjernen

En lang række undersøgelser udført af Jan Born og mange andre forskere tyder nemlig på, at langtidshukommelsen ­under søvnen så at sige afspiller alle sine minder om og om igen, så de på denne måde til sidst brænder sig fast i hukommelsen. Det er muligvis denne proces, som er det grundlæggende formål med at sove, og Susanne Diekelmann udtrykker det således:

“Denne konsolidering i langtidshukommelsen kan kun foregå i bevidstløs tilstand, fordi den kræver aktivering af de samme neurale netværk, som hjernen bruger til at håndtere information i vågen tilstand.”

Hvis denne proces foregik, mens vi var vågne, ville langtidshukommelsen hele tiden være travlt optaget af at ­genopfriske alt det, vi havde lært og oplevet tidligere på dagen. Og dermed ville langtidshukommelsen have mindre tid til at tilegne sig ny viden og nye minder fra korttidshukommelsen.

De tyske forskere udførte i 2007 et forsøg, hvor de udnyttede søvnen til at forbedre forsøgspersonernes præsta­tioner i hukommelsesspillet “memory”. Her ligger 30 kort med parvis ens motiver med bagsiden opad foran forsøgs­personerne, og ved at vende to kort ad gangen gælder det om at huske place­ringen af alle motiverne. Ideen med ­forsøget var, at langtidshukommelsen i løbet af natten ville genkalde sig ­kortenes placering, så de under søvnen kunne brænde sig fast i hukommelsen.

Duft viser vej til søvnens funktion

I et forsøg på at stimulere konsolideringsprocessen blev nogle af forsøgspersonerne under spillet præsenteret for en behagelig rosenduft, som de også blev udsat for under søvnen. Derved sammen­kædede forskerne mindet om memoryspillet med rosenduften, så den behagelige duft i løbet af natten aktiverede langtidshukommelsen og fik den til at genopfriske kortenes placering ekstra mange gange. Når forskerne brugte duft, er det, fordi også lugtesansen er meget aktiv om natten, i modsætning til fx syns- og høresansen.

Forsøget viste, at når både indlæring og den efterfølgende søvn blev ledsaget af den samme duft, så var forsøgspersonerne markant bedre til at huske kortenes placering den næste morgen, end hvis de ikke var blevet udsat for duft.

Derved kunne forskerne understøtte teorien om, at søvnen benyttes til at konsolidere minder i langtidshukommelsen, men de kunne også fastslå, i hvilken af de fire søvnfaser processen foregik. Det viste sig nemlig, at indlæringen kun blev forbedret, hvis duften i den efterfølgende søvn blev præsenteret, mens forsøgs­personerne befandt sig i N3-fasens dybe søvn, som typisk forekommer i den første halvdel af en normal nattesøvn.

Andre forskere har lavet lignende forsøg, og både den dybe søvn under N3 samt drømmesøvnen under REM-fasen har formentlig betydning for at konsolidere minder i langtidshukommelsen.

Det ser dog ud til, at søvnfaserne hver især håndterer en bestemt slags minder. ­Under den dybe søvn konsolideres den såkaldte deklarative hukommelse, der omfatter bevidste minder af fx faktuel viden, mens drømmesøvnen håndterer den procedurale hukommelse, som er en mere ubevidst viden om, hvordan vi gør bestemte ting som fx at køre på cykel.

Det er dog ikke alle forskere, som er overbeviste om, at søvnen har nogen afgørende indflydelse på hukommelsen. En af skeptikerne er Jerome Siegel. Han mener, at mange af forsøgene drager forkerte konklusioner, fordi de er baseret på personer, der får søvnregulerende medicin, er stressede over at deltage i forsøget eller har pådraget sig hjerneskader, og at disse forhold i sig selv kan påvirke indlæringsprocessen. Derudover påpeger han ligesom flere andre kritikere, at adskillige forsøg ikke tyder på nogen sammenhæng mellem søvn og hukommelse, men at disse resultater overses i debatten.

Ingen ved hvorfor vi drømmer

Det er nærliggende at tro, at drømme kan opstå, i forbindelse med at langtids­hukommelsen genopfrisker dagens be­givenheder under søvnen – ikke mindst i forhold til de procedurale minder, der netop bearbejdes under REM-fasens drømmesøvn. Det er imidlertid stadig langtfra sikkert, at der er nogen for­bindelse mellem de to fænomener, og forskerne står i det hele taget stort set på bar bund i deres forsøg på at forklare ­årsagen til vores drømme.

Mange teorier er blevet foreslået, hvoraf en af de ældste og mest sejlivede er, at drømme afspejler hjernens sortering af minder i dem, der er værd at ­gemme på, og dem, der lige så godt kan glemmes med det samme. En anden ­teori hævder, at drømme opstår, når ­hjernen digter sig til en sammenhæng mellem nogle tilfældige minder, der spontant dukker op i bevidstheden, mens en tredje foreslår, at tilfældige nerve­signaler i hjernestammen stimulerer sansecentrene, så der opstår en fornemmelse af at se billeder og høre lyde.

På trods af at forskerne efterhånden har oparbejdet en stor viden om søvnens biologi, er der stadig mange uafklarede spørgsmål. Så indtil videre er det fortsat et mysterium, hvorfor vi nat efter nat ­lader os lulle ind i søvnens bevidstløse tilstand i mange timer.

• Forrige Side 2 af 2