Tại sao chúng ta cần ngủ

Con thú cũng như con người cần phải ngủ

Con người, cũng như mọi con thú, mất 1/3 thời gian mỗi ngày để ngủ. Một hoạt động sinh lý bình thường như vậy nhưng tới nay con người vẫn chưa hiểu biết hết tại sao sinh vật phải ngủ, và những gì xảy ra trong bộ óc có liên quan đến việc thức hay ngủ. Một thuyết mới về hoạt động của não bộ có liên quan đến thức và ngủ vừa được công bố trên tạp chí Cell (số 165, ngày 24/3/2016, trang 180-191).

Một lý thuyết hàng đầu trước đây thừa nhận rằng giấc ngủ có thể cung cấp cho não bộ một cơ hội để "tái cân bằng" chức năng của chính nó. Trong thời gian ngủ, bộ nhớ của não cho chạy lại các dữ kiện học hỏi thâu nhận được lúc thức trước đó để mã hóa vào bộ nhớ của não, mục đích “củng cố trí nhớ” (memory consolidation). Theo mô hình này, trong thời gian thức não bộ hoạt động quá nhiều và căng thẳng, nên có liên hệ đến tiến trình hoạt động học tập và phát triển mãnh liệt của não bộ, và qua thời gian dài của thức khả năng kết nối của tế bào thần kinh não bộ trở nên bão hòa. Vì vậy, không những ngăn cản việc thâu nhận học tập thêm mà còn làm mất sự thăng bằng não bộ, dẫn đến vượt quá tầm kích thích của hệ thống thần kinh. Lý thuyết hàng đầu cho rằng chức năng chánh của ngủ là tế bào thần kinh não bộ tự điều chỉnh để tái cân bằng hoạt động của hệ thần kinh.

Trái ngược lại thuyết trên, nhóm nghiên cứu Khoa Thần Kinh Học của Emory University (Atlanta, USA) do GS Gina Turrigiano lãnh đạo cho rằng lý thuyết trên không đúng. Trên tạp chí Cell ngày 24/3/2016 nhóm nghiên cứu của bà công bố công trình nghiên cứu của TS Keith B. Hengen và đồng nghiệp thực hiện cho biết một khi hoạt động của tế bào thần kinh (neurons) ở chuột bị kiềm hảm, việc tái cân bằng nội-sinh (homeostatic rebalancing) không xảy ra trong giấc ngủ, mà trái lại xảy ra trong lúc thức và hoạt động.

Để có lý thuyết mới này, nhóm nghiên cứu nhằm khám phá hiện tượng nội-sinh (homeostasis) của thần kinh ở chuột. Hiện tượng nội-sinh là cơ chế của cơ thể tìm cách duy trì sự cân bằng giữa môi trường bên trong cơ thể khi môi trường bên ngoài thay đổi. Thí dụ dễ hiểu nhất của hiện tượng nội-sinh là thân nhiệt lúc nào cũng duy trì 37°C dầu bên ngoài trời thật nóng hay thật lạnh.

Trước kia, khi nghiên cứu về thần kinh não bộ các nhà khoa học thường dùng phương pháp cấy tế bào thần kinh hay đánh thuốc mê trên con vật. Nhóm nghiên cứu Gina Turrigiano dùng biện pháp khác là làm bế tắc hoạt động của một mắt và quan sát trong 9 ngày liên tục lúc con thú ngủ và thức. Khi làm bế tắc hoạt động võng mạt của một mắt, con vật không còn cảm nhận được ánh sáng, nên loại trừ được ảnh hưởng của chu kỳ ngày đêm, mà chỉ đo được dòng điện liên quan đến thời gian ngủ và thời gian thức. Điện cực được cắm vào thần kinh thị giác của võ não để ghi dòng điện phát-xạ (firing) của tế bào thần kinh trong suốt 9 ngày đêm, tổng cộng cho khoảng 6 triệu Mb (Megabites). Cũng cần biết thêm là tín hiệu được dẫn truyền bằng dòng điện qua tế bào neurons với vận tốc nhanh cho khoảng cách rất xa, từ nơi nhận kích thích đến trung tâm não bộ. Tế bào cảm nhận neuron tạo dòng điện phát-xạ khi có cảm nhận kích thích như ánh sáng, âm thanh, mùi vị hay xúc giác.

Cơ chế nội-sinh (Homeostatic) làm thăng bằng chức năng dòng điện thần kinh bằng cách duy trì vận tốc phát-xạ trong vòng kiểm soát. Cơ chế nội sinh giống như bộ phận điều nhiệt (thermostat) ra lệnh máy điều hòa không khí chạy hay dừng để duy trì nhiệt độ trong nhà không thay đổi. Không có cơ chế nội-sinh kiểm soát dòng điện phát-xạ, hệ thống thần kinh không thể thâu nhận thêm dữ kiện học tập mà hệ thống bị bão hòa đưa sinh vật vào tình trạng giống như bị động kinh (epilepsy-like), hay hoàn toàn không hoạt động.

Hình 2. Cơ chế nội-sinh (Homeostatic) làm thăng bằng chức năng dòng điện thần kinh bằng cách duy trì vận tốc phát-xạ trong vòng kiểm soát. Khi con chuột có đầy đủ mắt, dòng điện duy trì bình thường, làm dẫn chứng (phần bên trái). Trong thí nghiệm kéo dài 9 ngày này, một mắt con thú bị bế tắc hoạt động (như bị mù), dùng điện cực đo dòng điện phát-xạ lúc ngủ (màu xanh lục) và lúc thức (màu xanh lợt). Lúc sắp ngủ, điện phát-xạ tụt thấp và duy trì thấp lúc ngủ, và gia tăng khi thức, và tăng lên mực bình thường (của kiểm chứng). Điều này chứng tỏ dòng điện phát-xạ bị kìm hảm lúc ngủ, và việc tái cân bằng nội-sinh xảy ra lúc thức khi con thú hoạt động.

Tóm lại, con vật cần phải ngủ để có sức khỏe. Phẩm chất của giấc ngủ ảnh hưởng trực tiếp tới phẩm chất của cuộc sống trong thời gian thức sau đó gồm năng xuất làm việc, sự thăng bằng cảm xúc, sự sáng tạo, sức sống thể chất và ngay cả trọng lượng thân thể.

Giấc ngủ không chỉ đơn thuần là thời gian cơ thể nghỉ ngơi không hoạt động thể xác. Trong lúc ngủ, não bộ vẫn bận rộn hoạt động (bằng chứng là chiêm bao), củng cố trí nhớ, giám sát một loạt các bảo dưỡng sinh học, duy trì cơ thể trong điều kiện tốt nhất, sẵn sàng cho hoạt động đầy sinh lực ngày hôm sau. Giấc ngủ giúp hàn gắn và sửa chữa các khuyết tật của tim và mạch máu. Ngủ không đủ số giờ tối thiểu, cơ thể mất khả năng làm việc, học tập, sáng tạo, tập trung tư tưởng, mất trí nhớ và truyền đạt không còn mạch lạc như lúc được ngủ đầy đủ. Việc mất ngủ xảy ra thường xuyên chắc chắn sẽ đưa đến khủng hoảng tâm trí và thể chất, bộ tiêu hóa kém, gây bịnh đau tim, đau thận, cao áp huyết, tiểu đường và đột quị (stroke). Mất ngủ cũng làm người mập phệ.

Vì vậy, con người cần bao nhiêu giờ ngủ trong mỗi ngày để có sức khỏe tốt?

Càng lớn tuổi, người già thường gặp nhiều khó khăn trong giấc ngủ, chẳng hạn nhiều lần thức giấc ban đêm. Để đủ số giờ ngủ tối thiểu mỗi ngày, người già cần ngủ trưa bổ túc thêm cho đủ số giờ.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Keith B. Hengen, Alejandro Torrado Pacheco, James N. McGregor, Stephen D. Van Hooser, Gina G. Turrigiano (24/3/2016). Neuronal Firing Rate Homeostasis Is Inhibited by Sleep and Promoted by Wake. Cell 165, 180-191.

Reading, 4/2016