يمكن لبعض الحيوانات ، مثل الطيور والدلافين والحيتان ، الغوص في نوم غير متكافئ ، حيث ينام نصف الكرة المخي بينما يظل نصف الكرة الآخر مستيقظًا. يتيح البقاء نصف مستيقظًا للحيوانات " أن تفتح عينها" للحيوانات المفترسة ، وللطيور المهاجرة ، تسمح برحلات دون انقطاع لعدة أيام أو حتى أسابيع متتالية.
على الرغم من أنه لا يُعرف إن كان مثل هذا النوع من النوم يحدث عند البشر ،ولكن فقد وجدت الأبحاث الحديثة أن البشر يظهرون نمطًا مشابهًا للنوم عندما يتعرضون للنوم المضطرب في مكان جديد لأول مرة ، يُطلق عليه "تأثير الليلة الأولى". يتضمن هذا التأثير ديناميات غير متماثلة بين نصفي الكرة المخية: بينما ينخرط نصف الكرة الأيمن في نوم بطيء في الموجة العادية ، فإن نصف الكرة الأيسر يمر بنوم أقل ضحالة ، مما يشير إلى أنه قد يكون في حالة تأهب جزئيًا.
الآن في دراسة جديدة ، قام الباحثون بالتحقيق في الآليات الكامنة وراء نشاط النوم هذا من أجل تطوير نموذج لـ ( النوم نصف الدماغي الاحادي بطئ الموجة ) في الدماغ البشري . نُشرت الورقة ، التي كتبها Lukas Ramlow و أخرون ، في عدد حديث من مجلة EPL.
"لقد أظهر بحثنا أن التماثل الديناميكي التلقائي في نصفي الكرة المخية ممكن أيضًا للبشر" ، هذا ما قاله المؤلف المشارك إيكهارد شول ، أستاذ الفيزياء النظرية في جامعة التقنية في برلين ، لـ Phys.org . "نظرًا لأن مراحل النوم المختلفة ترتبط بدرجات مختلفة من التزامن ، أعتقد أن بعض أشكال النوم غير المتكافئة الضعيفة ، أي عمق النوم المختلف لنصفي الكرة المخية ، يمكن أن يحدث جيدًا عند البشر ، ليس فقط في الحيتان والدلافين وهجرة الطيور ".
في الدماغ البشري ، يمكن تمييز حالات النوم والاستيقاظ بأشكال مختلفة من النشاط الكهربائي. عندما تستيقظ ، تطلق العصبونات الموجودة في الدماغ بطريقة غير متزامنة وفوضوية إلى حد ما ، في حين تطلق الخلايا العصبية في المخ النائم بطريقة أكثر تزامنًا.
أشارت الأبحاث السابقة إلى أن نصفي الكرة المخية يمكن النظر إليهما على أنهما مجتمعان مقرونان بمذبذبات ، حيث أن نصفي الكرة المخية يولدان إشارات كهربائية بطريقة منسقة. من هذا المنظور ، يحدث ( النوم نصف الدماغي الاحادي بطئ الموجة ) عندما يحتل الدماغ حالة من اثنين من المجالات في تعايش ، وتتألف من نصف متزامن واحد (نائم) ونصف كرة غير متماسك (مستيقظ). في الفيزياء ، يُطلق على هذا النوع من الحالات ، الذي يتميز بالتعايش بين النظام والاضطراب ، "chimera state".
باستخدام بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي من 20 إنسانًا في 90 موقعًا مختلفًا من الدماغ ، درس الباحثون كيف ينتقل الدماغ من عدم التماسك (مستيقظًا) إلى التزامن (نائمًا). كما يشرحون ، يكون الاقتران داخل كل نصف كرة فردي (intra-hemispheric coupling) أقوى من ذلك بين نصف الكرة المخية (inter-hemispheric coupling). من خلال تقليل قوة الاقتران بين نصف الكرة المخية مع الحفاظ على قوة الاقتران داخل نصف الكرة ثابتة في نموذجهم ، لاحظ الباحثون أن نصف الكرة المخية أظهر نشاطًا أكثر تزامنًا من الآخر ، مما يشبه النوم في نصف الكرة وحالة الوهم.
"في السابق كان هناك تكهنات بأن" chimera states" قد تحدث في الطبيعة في شكل ( النوم نصف الدماغي الاحادي بطئ الموجة) (وهو معروف لدى لبعض الحيوانات) ، ولكن لم يتم تقديم نماذج واقعية" .
قال اكيهارد شول "إن أهمية عملنا هي أننا أظهرنا لأول مرة من خلال نمذجة ديناميات نصف الكرة المخية باستخدام ترابطات دماغية بشرية تجريبية يمكن أن يحدث فيها تزامن جزئي يشبه ( النوم نصف الدماغي الاحادي بطئ الموجة). علاوة على ذلك ، حددنا آلية هذا الاعتماد على نقاط القوة المختلفة للاقتران داخل نصف الكرة (قوي) وبين نصف الكرة (ضعيف) ".
تدعم النتائج فكرة أن النوم في نصف الكرة المخية يتطلب درجة معينة من الفصل بين نصفي الكرة المخية. وجد الباحثون أن هذا الفصل يمكن أن يحدث بسبب عدم التماثل الهيكلي في المخ. من المعروف ، على سبيل المثال ، أن نصفي الكرة المخية لهما أحجام مختلفة من مناطق المخ المقابلة وكثافة عصبية مختلفة داخل هذه المناطق.
استنادًا إلى نموذجهم ، وجد الباحثون أنه حتى التباين الهيكلي الطفيف ينتج عنه عدم تناسق ديناميكي ، حيث يعرض نصف الكرة هذا أنماط إطلاق متزامنة أكثر من الآخر ، كما في chimera states . بشكل عام ، فإن التباين الهيكلي في الدماغ قد يفسر الآليات الكامنة وراء النوم غير المتكافئ والآثار المرتبطة به ، لكن يبقى العديد من الأسئلة بلا إجابة.
وقال شول: "في الأبحاث المستقبلية ، نخطط للتحقيق بشكل أكثر شمولًا في ( حالة النوم نصف الدماغي الاحادي بطئ الموجة) في نموذجنا (الذي يستخدم ديناميكيات الترابط الهيكلي التجريبي للأدمغة البشرية).
More information: Lukas Ramlow, Jakub Sawicki, Anna Zakharova, Jaroslav Hlinka, Jens Christian Claussen and Eckehard Schöll. "Partial synchronization in empirical brain networks as a model for unihemispheric sleep." EPL. DOI: 10.1209/0295-5075/126/50007
