למה אנחנו ישנים

מאז ומתמיד ריתקה אותנו השינה והילכה עלינו קסם: מנבואות הלב העל-טבעיות המתוארות בכתבי הקודש ועד תיאוריית הלא-מודע של זיגמונד פרויד, החל מהסיפורים הפשוטים שאנו מספרים לילדינו לפני השינה וכלה באינספור תיאורים מתוחכמים בספרות ובקולנוע. כיום עיתונאים ומטפלים מהללים את "כוחה של השינה", ואילו מדענים שואפים לפענח את סודותיה של הפעילות המסתורית הזו, שבני האדם חולקים עם זבובי הפירות, אריות הים, העכברים והפילים.

השינה נבררה, ככל הנראה, באבולוציה, כלומר היא שרדה את ההיסטוריה האבולוציונית מאז שהתפתחה לראשונה

אך למרות כל מה שנכתב בנושא, למרות כל המאמצים שהוקדשו לחקר התופעה, עדיין אין לנו תשובה ברורה לשאלה בעלת חשיבות מכרעת להבנת החוויה האנושית: "למה אנחנו ישנים?"

כדי לענות על השאלה הזאת, יש לשאול תחילה מהי שינה, ומהם מאפייניה העיקריים. אנחנו יודעים שהשינה נבררה, ככל הנראה, באבולוציה, כלומר היא שרדה את ההיסטוריה האבולוציונית מאז שהתפתחה לראשונה. חוקרים רבים חושבים שהשינה היא פעילות שכל בעלי החיים מבצעים, אף על פי שהיא נחקרה בשיטתיות במינים ספורים בלבד. במינים שונים השינה לובשת צורות שונות. לדוגמה, ייתכן שדולפינים מסוגלים לישון שינה "חד-המיסְפֶרית" (unihemispherically) – כלומר להירדם כשחצי מוח [המיספרה] אחד ישן וחצי המוח האחר נותר ער. כך הם מסוגלים לבצע פעילויות מורכבות, כמו לעלות אל פני הים כדי לנשום, בלי להתעורר. הנֶמָטוֹדה (תולעת נימית) מזן C. elegans נכנסת למצב דמוי-שינה לפני שלב ההשלה. במינים רבים, ובהם בני האדם, השינה מתבצעת בתנוחות קבועות מסוימות, כמו שכיבה, וללא תנועה.

דולפין

דולפין, עוד לא ישן. תצלום: veeses

נראה שיש קשר בין שינה ולמידה. אך האם אנו לומדים בשנתנו? או שמא השינה עוזרת לנו ללמוד ביום?לא קל כל כך לדעת אם בעל חיים ישן או לא. דרך יעילה – אך לא עדינה במיוחד – לברר זאת היא לבדוק אם החיה "מנותקת" מסביבתה באמצעות גירוי, שלרוב גורר ממנה תגובה חזקה, כמו רעש בלתי צפוי. אם החיה אינה מגיבה, יש סיכוי טוב שהיא באמת מנותקת מהסביבה – כלומר ישנה, ולא סתם נחה. חוקרים אומרים שניתוק הפיך כגון זה הוא אחד ממאפייניה היסודיים של השינה (ניתוק בלתי הפיך הוא תרדמת).

מדוע בעלי חיים מתנתקים כך מסביבתם?

ביולוגים אחדים טוענים שלשינה אין תפקיד חיוני או תכלית משל עצמה. השערה זו מכונה לעתים "השערת אפס" של השינה. תומכי הגישה הזאת טוענים כי בניגוד לאכילה או לרבייה, השינה אינה הכרחית להישרדות, אך היא עוזרת לבעלי חיים לחמוק מטורפים או לווסת את קצב חילוף החומרים שלהם. ייתכן שפרקי המנוחה האלה נבררו בברירה הטבעית מכיוון שהם מאלצים את בעל החיים להתחבא לזמן מה וכך תורמים להישרדותו. לפי גישה זו, ההיבט החיוני של השינה הוא הימנעות מסכנה והפחתה זמנית של ניצול המשאבים המטאבוליים.

הבעיה בהשערת האפס היא שיש לה כל המאפיינים של השערת אד-הוק. אפשר לטעון באותה קלות את הטענה ההפוכה: האם ניתוק מהסביבה לפרקי זמן ארוכים אינו גורם לנו  דווקא להיות חשופים לפגיעתם של טורפים? האם לא מוטב להשקיע את הזמן בפעילויות שאין כל ספק לגבי חיוניותן להישרדות, כמו הזדווגות, או איסוף מזון או משאבים אחרים? ואם התחבאות או מנוחה טובות לא פחות מאשר שינה, מבחינה אבולוציונית, מדוע בעלי חיים רבים כל כך ישנים?

אם השערת האפס שגויה, אז אולי לשינה בכל זאת יש תפקיד מהותי כלשהו.

כשהייתי סטודנט לתואר ראשון, מרצה לחקר המוח נתן לי משימה: למד ללהטט כדורים תוך יום אחד. ביליתי את אחר הצהריים, הערב ורוב הלילה בחדרי במעונות וניסיתי לקלוט את הקטע – שעות על גבי שעות, עד שלבסוף, לאחר שהשתפרתי אבל עדיין לא הצלחתי להשתלט לחלוטין על העניין, קרסתי למיטה. כשהתעוררתי למחרת בבוקר ניסיתי שוב, והפלא ופלא – הצלחתי ללהטט בקלות. כמו קסם.

בגלל תופעות התנהגותיות מוכרות כאלה, חוקרי מוח התמקדו ביתרונות שהשינה מקנה ללמידה ולזיכרון. אחדים משערים שלשינה יש תפקיד מיוחד בגיבוש ובאחסון זיכרונות. השערה אחת היא שהשינה עוזרת לנו לשחזר זיכרונות באזורי מוח מסוימים, כמו ההיפוקמפוס, ושבאמצעות תהליך זה המוח מגבש זיכרונות. מחקרים בנושא ההיפוקמפוס ואזורי מוח אחרים, כמו למשל קליפת הראייה העיקרית, מלמדים שהפעילות הנוירולוגית המתרחשת בשינה דומה במובנים אחדים לפעילות הנוירולוגית המתרחשת בלמידה.

עם זאת, במסגרת ניסוי קשה מאוד להבחין בין שחזור זיכרונות לבין פעילות רקע נוירולוגית שגרתית. זה כמו לנסות לזהות את מתארם של עננים בין עננים אחרים. ובכל אופן, קשה להאמין ששחזור זיכרונות – במטרה להטמיע אותם טוב יותר – הוא הוא הפעולה החיונית שבגללה השינה היא תופעה נפוצה כל כך, ואף אוניברסלית, בממלכת בעלי החיים.

אף-על-פי-כן, למידה, זיכרון ויכולת קוגניטיבית הם תחומים מבטיחים בכל הקשור לזיהוי תפקידה החיוני של השינה. הצעה שעלתה לאחרונה, המנסה לחבר בין התחומים האלה, היא "השערת ההומאוסטאזיס הסינפטי", או בקיצור SHY (ראשי תיבות של Synaptic Homeostasis Hypothesis). את ההצעה העלו במקור ג'וליו טוֹנוֹני (Tononi) וקיארה צ'ירֶלי (Cirelli) ב-2003 (גילוי נאות: את הדוקטורט שלי עשיתי במרכז לחקר השינה וההכרה של טונוני וצ'ירלי באוניברסיטת מדיסון-ויסקונסין, אף על פי ש-SHY לא הייתה תחום המחקר שלי).

בעיניי, השערת SHY נבדלת מהשערות מדעיות אחרות לגבי טיבה של השינה בגלל היקפה ובזכות האלגנטיות שלה. ואף על פי שאלגנטיות היא מאפיין חשוב בתיאוריות מדעיות, יש מספר קטן להפליא של תיאוריות אלגנטיות בתחום חקר המוח. אולי הסיבה לכך היא שחוקרים רבים רואים במוח מערכת מודולרית ומתמקדים רק באחד מאזוריו, בהתאם לצורכי המחקר שלהם. השערת SHY, לעומת זאת, עוסקת ברשתות נוירולוגיות באופן כללי.

נקודת המוצא של השערת SHY היא פזמון חוזר המוכר היטב לכל חוקרי המוח: "נוירונים שיורים יחד נקשרים יחד". המשפט הזה משמש לעתים קרובות כסיכום לתפישה שהציג דונלד הֶבּ (Hebb) בספרו משנת 1949, The Organization of Behavior. הבּ הציע הסבר לתופעה המכונה כיום "גמישות סינפטית" או "פלסטיות סינפטית" – קרי, האופן שבו סינפסות [האזור המקשר בין נוירון לתא אחר] נחלשות או מתחזקות בהתאם לתכיפות השימוש בהן. עיקר הרעיון הוא שאם נוירון א' גורם לנוירון ב' לירות, אז בפעם הבאה שנוירון א' יורה יש סיכוי גדול אף יותר שהוא יגרום לנוירון ב' לירות – תופעה הידועה כעת בשם "חוק הֶבּ". מקובל לחשוב שהגמישות הסינפטית אחראית באופן כללי ללמידה ולזיכרון.

ערסל, אדם רדום

שינה בערסל. תצלום: Dave Wilson Cumbria

אבל לחוק הֶבּ יש השלכה נוספת, מוכרת פחות: אם נוירונים ממשיכים לירות יחד, ולכן נקשרים זה לזה וממשיכים ליצור קשרים חזקים יותר ויותר, האין זה אומר שבסופו של דבר כל הקשרים ייעשו חזקים כל כך עד שכל נוירון יוכל לייצר תגובת שרשרת בכל הרשת הנוירולוגית, ואולי אף לחולל התקף אפילפטי?

למעשה, חוקרים יודעים שפעולה חוזרת לא תמיד מחזקת את הנוירונים, ושבנסיבות הנכונות תהליך הלמידה עשוי אף להחלישם. אבל פעולה שגורמת לנוירון לירות היא עתירת-מידע יותר מאשר פעולה שמונעת מנוירון להשתולל. לכן אפשר לצפות שקשרים נוירולוגיים יתחזקו, באופן כללי, בתהליך הלמידה. אחת התחזיות החשובות הנגזרות מהשערת SHY אומרת שבממוצע, לאורך זמן, הקשרים הנוירולוגיים אכן יתחזקו יחד בתקופות של למידה פעילה, ושדבר כזה יכול להתרחש רק כאשר האורגניזם אינו מנותק מסביבתו – כשהוא אינו ישן. משמעות הדבר היא שיש עלייה בעוצמה הסינפטית במהלך שעות הערוּת. קרי ככל שנהיה ערים זמן רב יותר, הסינפסות שלנו ייעשו חזקות יותר (באופן כללי). מכאן שאם נישאר ערים מספיק זמן, ניתקל בכל מיני בעיות: הנוירונים שלנו יגיעו לרוויה ולכן לא נוכל לרכוש מידע חדש; היקף האנרגיה המטאבולית שהסינפסות ידרשו מאיתנו יהיה גבוה מדי; ויהיה לנו קשה יותר ויותר להגיב לאותות נוירולוגיים. בקיצור, לא נהיה מסוגלים ללמוד.

על-פי השערת SHY, תפקידה העיקרי של השינה הוא לווסת את עוצמת הסינפסות במוח, כדי לעזור לנו ללמוד במהלך היום. "השינה היא המחיר שהמוח משלם על גמישותו", אמרו טונוני וצ'ירלי. לענייננו, משמעות הדבר היא שבמהלך השינה הסינפסות "נסוגות" לרמת העוצמה הכללית שהייתה להם בנקודת ההתחלה, כלומר בתחילת היום. כך אנו שומרים על "הומאוסטאזיס (איזון) סינפטי" ומונעים מהסינפסות להתחזק יותר מדי, וכפועל יוצא אנו מונעים רוויית נוירונים, מפחיתים את היקף האנרגיה המטאבולית שהסינפסות צורכות ומשפרים את שיעור האותות הנוירולוגיים (הזיכרונות) ביחס לרעש הרקע הנוירולוגי.

שימו לב שעוצמתן הכוללת של הסינפסות היא שנחלשת. הסינפסות הבודדות אינן נחלשות ומידרדרות בחזרה למצבן ההתחלתי, שהרי הידרדרות כזאת תפגע בלמידה. טונוני וצ'ירלי אומרים שהדבר החשוב לזיכרון הוא עוצמתם היחסית של הנוירונים ברשת הנוירולוגית כולה, ולא עוצמתן של סינפסות בודדות.

אם השערת SHY נכונה, הסיבה שבגללה הצלחתי ללהטט כשקמתי היא שהקשרים הנוירולוגיים הרלוונטיים נוצרו עוד לפני שהלכתי לישון. אך מכיוון שדפוס הקישוריות הנוירולוגית העדין הוצף ברעשיהן של סינפסות רבות אחרות בזמן שהייתי ער, לא הצלחתי לתרגם זאת למיומנות חדשה. השינה עזרה למוח שלי לחשוף את הקשרים החדשים, בדומה למבנים שקועים הנחשפים על קרקעית הים בזמן השפל.

כיצד פועל תהליך ההיחלשות הסינפטית? איננו יודעים בדיוק. יש ראיות לכך ש"הגלים האטיים" של השינה העמוקה הם בעלי תפקיד חשוב בהקשר זה. ייתכן ששנת הגלים האטיים גוזמת את הגַן הנוירולוגי שגדל פרא במוחנו בשעות הערות. אבל השערת SHY אינה נוקטת עמדה באשר לטבעו המדויק של המנגנון הנוירולוגי האחראי להיחלשות הסינפסות, ואף ייתכן שלמינים שונים יש מנגנונים שונים.

מובן שלא כל החוקרים העוסקים בשינה חושבים ש-SHY היא ההסבר הטוב ביותר לתפקידה החיוני של השינה. אמנם ההשערה תואמת את הראיות הניסוייות הקיימות, אך עדיין נדרש מחקר בהיקף גדול הרבה יותר. אחד המכשולים האפשריים הוא שחוקרי מוח מעדיפים לעתים קרובות לעסוק במנגנונים מקומיים של פעילות נוירולוגית במקום בהפשטות גורפות כמו אלה שמציגה SHY.

אך עצם העובדה שהחוקרים בימינו חלוקים בדעתם לגבי הסיבה שבגללה אנו ישנים – הסיבה שבגללה אנו מנצלים רק שני-שלישים מחיינו ומבלים את השליש האחר בניתוק מהסביבה – הוא תזכורת מעוררת מחשבה לכך שיש עוד דברים רבים שאיננו יודעים.

אנו כאן שוב...

זה שוב אנחנו... ויש לנו בקשה. 'אלכסון' ניתן לכם ללא תמורה. ויתרנו על הכנסה מפרסומות וממקורות אחרים כדי לא להפריע את חווית הקריאה. הפקת כתב העת ברמה כזאת כרוכה בהשקעה רבה של כסף ועבודה. אנו גאים בתוצאה שאנו מפיקים עבורכם, ותמיד משמח אותנו לקבל תגובה כפי שקיבלנו בימים אלו:

"אתם בונים קהילת קוראים נפלאה, ואין דבר חשוב ויפה מכך" (ק"ר, תל-אביב)

לכן, אם אתם נהנים מ'אלכסון' והערכים והרעיונות שאנחנו מקדמים קרובים לליבכם אנו מבקשים את תמיכתכם.

אם כל אחד מכם יירתם לתמוך בכתב העת, תובטח הקיימות שלו לשנים רבות וטובות.

 

לתמוך באלכסון

Published by Alaxon by special agreement with Big Questions Online

אריק הול (Hoel) הוא מדען, סופר ומסאי. הוא פוסט-דוקטורנט בחוג למדעי הביולוגיה של אוניברסיטת קולומביה, במעבדת הנוירו-טכנולוגיה של רפאל יוסְטֶה (Yuste).

תורגם במיוחד לאלכסון על ידי תומר בן אהרון

תמונה ראשית: מתוך "המיטה", אנרי דה טולוז-לוטרק (1893), מוזיאון אורסיי, פריס. תצלום: ויקיפדיה

מאמר זה התפרסם באלכסון ב על־ידי אריק הול, Big Questions Online.


תגובות פייסבוק

3 תגובות על למה אנחנו ישנים

02
ענבר מימון

בדקו את האפשרות שהשינה היא דרך ליצר מערכת עצבים מרכזית קומפקטית? כלומר שלא (רק) קשר גרירה בין פעילויות העירות לפעילויות השינה אלא (גם) ניצול של אותו מבנה נוירונים לתכליות שונות בזמנים שונים כדי לחסוך בגודל מוח הוא המניע האבולוציוני לשינה?

03
סוציולוג

מי שמכיר קצת היסטוריה של מדע, צריך להיזהר מאוד מתיאוריות ששאובות מדימויים של העולם הטכנולוגי שמאפיין את התקופה שבה הן נוצרו. כל התיאוריות מהסוג הזה הופרכו והיום אנחנו מסתכלים על יוצריהן כלכודים בעולם הדימויים של תקופתם. ה SHY מזכירה מאוד את פעולת האיתחול של מחשב. כפי שכל אחד יודע איתחול של מחשב הופכת את ביצועיו למהירים יותר לאחר ששימוש רב בו הופך אותו לאיטי ולמסורבל מכיוון שהזכרון שלו מתאמץ להשתחרר מהעומס שיצרו הפעולות שהוא נדרש לבצע.