Mannfólk ver þriðjungi ævi sinnar sofandi. (Britannica, 2008) Það má því ljóst þykja að svefn gegnir mikilvægu hlutverki í verkan líkamans. Að því gefnu að slaka má á og endurnæra líkamann án þess að gefa eftir heilastarfsemi má gera ráð fyrir að innan heilans eigi sér við svefn einhver vinna stað, á meðan á honum stendur. En er svefn einfalt af/á ástand? Hvernig virkar svefn, og hverju áorkar hann?


Mósaíkmynstur svefns
Nýlegar rannsóknir benda til þess að svefn og vaka séu ekki alls aðgreinanleg fyrirbrigði. (Mahowald, 2009) Í tilraunum David Dinges við University of Pennsylvania á níunda áratug síðustu aldar reyndist fólk sem eftir stuttan svefn, að loknu löngu svefnleysi, var vakið, ekki fært um einföldustu útreikninga, þrátt fyrir að segja sjálft sig árvökult. Suma virtist jafnvel enn dreyma. Þetta fyrirbrigði hefur verið kallað svefntregða, e. sleep inertia. Þetta kemur heim og saman við kenningar James Krueger við Washington State University, sem segir einingar í heilanum (svokallaðar heilabarkasúlur, e. cortical columns) geta hvílst, hver fyrir sig, og „svefn“ eigi sér stað þegar nægilega margar þeirra sofa í einu. (Spinney, 2009) Þetta má vel nota til að skýra hugmyndir Ernest Hartmann (Hartmann, 2006) um samfellu frá vöku til svefns, með dagdraumum og einbeitingarleysi þar á milli.

Hvíld og hvíldarleysi
Eins og fyrr segir er erfitt er að sjá til hvers svefn þyrfti ef hann væri eingöngu til þess að hvíla vöðvakerfi líkamans. Varnir fyrir hvers kyns hættum eru verulega veiktar í svefni, einmitt vegna þess að ekki einungis vöðvakerfið er hvílt, heldur einnig athugul meðvitund. (Britannica, 2008)

Miðað við fyrrnefnda kenningu um hvíld hluta heilans hverju sinni má gera ráð fyrir að einhverjar tímabundnar innvortis aðgerðir þurfi að fara fram í hverjum hluta heilans fyrir sig til að tryggja áframhaldandi virkni hans. Það sést best á afleiðingum þess að halda með stöðugu áreiti þeim hlutum heilans sem standa fyrir vöku gangandi (eða, ef þannig er litið á það, tengdum við „athugult“ heilakerfi) til lengri tíma. (Swaminathan, 2007) Slíkt leiðir einnig til skertrar virkni heilans á vissum sviðum, eins og við væri að búast ef stykki hans vantaði (eða, öllu heldur, ef stykki hans væru aftengd fyrrnefndu kerfi).

En þar með er ekki öll sagan sögð. Hugar þreytts fólks láta ekki kyrrt við liggja þegar þeim er haldið vakandi, heldur eykur ennisblaðið (e. prefrontal cortex) ásamt nokkrum stöðvum til viðbótar vinnslu sína eftir því sem heilanum er haldið lengur vakandi, (Brain Activity is Visibly Altered Following Sleep Deprivation, 2002) en ennisblaðið hefur einmitt verið bendlað við viðhald athygli. (Lebedev, Messinger, Kralik, & Wise, 2004)

Í grundvallaratriðum dregur með þreytu úr virkni ákveðinna heilastöðva, en virkni annarra eykst um leið.
Við það má bæta að með rafrænni virkjun ákveðinna stöðva heilans er hægt að koma á svefni, og sömuleiðis með því að skerða tengsl heilastöðva við skynfærin. Slík skerðing á sér stað í heilastofninum, í stöð sem nefnist ARAS (ascending reticular activating system), sem stýrir flæði upplýsinga frá skynfærum til heilans. (Britannica, 2008) Þetta bendir sterklega til þess að heilinn hafi búnað til að svæfa sjálfan sig og sofni sömuleiðis þegar hans er ekki þörf.


Virkni svefns
Svefn skiptist í tvo meginflokka, sem skiptast á meðan á svefni stendur. Annar flokkurinn er REM (rapid eye movement) svefn, en NREM (non-rapid eye movement) svefn skiptist aftur í undirflokka. (Silber, Ancoli-Israel, & Bonnet, 2007) Rannsóknir hafa sýnt að mismikill svefn í hverjum flokki fyrir sig festir mismunandi flokka minninga misvel í sessi, (Born, Rasch, & Gais, 2006) sem skýrir hvers vegna svefnflokkarnir skiptast á.

Frekari vísbendingar þess að „aftenging“ vinnandi hluta heilans frá ákvarðanatöku geri gagn má finna í rannsóknum Jeffrey Ellenbogen o.fl., þar sem sýnt var fram á tengsl milli þess hve mikinn hvíldartíma fólk fékk milli tveggja prófa þar sem greina þurfti ákveðið mynstur í fimm pörum óhlutstæðra mynda. (To understand the big picture, give it time - and sleep, 2007) Af þessu má ráða að ekki einungis minni sé styrkt í hvíld stakra heilastöðva, heldur vinni þær í hvíld einnig að alhæfingum út frá þekktum gögnum og að lausnum vandamála.


Samantekt og niðurstöður
Þegar maður hugsar sér heilann sem hólfakennt vinnutæki, tengt saman með neti tauga, þar sem hvert hólf er sérhæft í ákveðnu starfi, og að gefnum ofantöldum rannsóknum, er nokkuð svigrúm til túlkunar. Í þessari samantekt verður gengið út frá því að hólfaskipting heilans sé rétt mynd af verkaskiptingu hans.

Hólfin (eða heilabarkarsúlurnar) geta verið virk í netverki heilans, en geta einnig dregið sig í hlé og unnið úr upplýsingum þegar þær hætta að berast frá „skiptiborðinu“, ARAS. Þegar margar stöðvar hafa dregið sig (eða verið dregnar) í hlé er geta heilans til móttöku upplýsinga skert, og því dregur úr fjölhæfni hans. Þegar það gerist tekur ennisbörkurinn (ásamt nokkrum stöðvum til viðbótar) á sig úrvinnslu hærra hlutfalls upplýsinganna sem berast. Niðurstaðan verður sú að athyglin veikist, og þær aðgerðir sem ennisbörkurinn framkvæmir, þá sérstaklega þær sem hann er ekki sérhæfður í, taka lengri tíma í framkvæmd.

Lykilatriðið er að ákveðnar stöðvar, greinilega staðsettar m.a. í ennisberkinum, eru kjarni athyglinnar sem þarf til að halda heilanum „vakandi“, þær eru með öðrum orðum þröskuldurinn milli þess sem er almennt kallað „vaka“ og „svefn“. Hvort vakandi hlutar heilans slökkvi á sér sjálfir þegar að svefni kemur, með virkjun þar til gerðra heilastöðva, eða hvort það sé sjálfkrafa aðgerð, er ekki ljóst.

Einnig er vert að minnast á hvernig þetta sjónarhorn á starfsemi heilans gæti haft áhrif á kenningar um sköpunargáfu og ennfremur undirmeðvitundina. Ef gert er ráð fyrir að undir eðlilegum kringumstæðum sé ekki þörf á öllum hólfum heilans til starfa geta sum tekið til „hvíldar“ og farið að vinna úr óflokkuðum upplýsingum. Hvort þau vakni sjálfkrafa, eins og mannfólk gerir, eða bíði eftir áreiti er ósvöruð spurning, þótt góð ástæða sé til að ætla hið fyrra.

Í fyrsta lagi hlýtur hólfið að skila af sér afrakstri úrvinnslunnar að henni lokinni, sem væri illframkvæmanlegt ef hvert áreiti myndi stöðva hana. Að auki myndi það skarast á við orsök þreytu, eins og hún var lögð til hér að ofan. Síðast en ekki síst myndi það skýra lotubundnar svefnvenjur mannfólks, og hvers vegna það vaknar sjálfkrafa, þar sem upplýsingar myndu hlaðast í hólfin að degi til, þar til þau lokast eitt af öðru og taka til hvíldar um kvöld.

Ef þetta fyrirkomulag er borið saman við annað þar sem ákveðið hlutfall heilans væri „sofandi“ öllum stundum hefur það þann kost að vera algerlega fullbúið að morgni dags.
Hugmyndir, grundvöllur sköpunargáfunnar, væru þá upprunnar í fullvinnslu upplýsinga í hólfunum, en sú fullvinnsla væri það sem annars er kallað undirmeðvitund. Meðvitundin er kjarni vöku, athyglin, sem fær upplýsingar frá hólfunum, sem eru nokkurs konar verkfæri hennar. Sköpunargáfan birtist svo í því hversu virk fullvinnsla er í huganum, sem krefst þess að heilinn sé annars vegar ekki ofhlaðinn upplýsingum, og hins vegar að þær upplýsingar sem berast séu af réttum toga til að vera gott hugmyndaefni.
Þessa kenningu má sannreyna á forsendum eftirfarandi forspá:

• Að heilaberkinum sé uppskipt í hólf, aðskilin að mestu hvert frá öðru hvað varðar samband tauga.
• Að virkni hvers hólfs megi aðgreina í tvo fasa, hvíldarfasa og vökufasa, þar sem vökufasinn einkennist af meiri samskiptum við heilan allan, en hvíldarfasinn af miklum innvortis samskiptum.
• Að hlutfall hólfa í hvíldarfasa aukist eftir því sem á daginn líður.


Heimildir
Born, J., Rasch, B., & Gais, S. (2006). Sleep to Remember. The Neuroscientist, 410-424.
Brain Activity is Visibly Altered Following Sleep Deprivation. (29. júlí 2002). Sótt 6. nóvember 2009 frá UC San Diego Medical Center: http://health.ucsd.edu/news/2000_02_09_Sleep.html
Britannica. (2008). The Britannica Guide to the Brain. London: Constable & Robinson Ltd.
Hartmann, E. (10. júlí 2006). Why do we dream?: Scientific American. Sótt 6. nóvember 2009 frá Scientific American: http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=why-do-we-dream
Lebedev, M. A., Messinger, A., Kralik, J. D., & Wise, S. P. (2004). Representation of Attended Versus Remembered Locations in Prefrontal Cortex. PLoS Biology.
Mahowald, M. W. (2009). What state dissociation can teach us about consciousness and the function of sleep. Sleep Medicine, 159-160.
Silber, M. H., Ancoli-Israel, S., & Bonnet, M. H. (2007). The Visual Scoring of Sleep in Adults. Journal of Clinical Sleep Medicine, 121-131.
Spinney, L. (7. október 2009). Are you asleep? Exploring the mind's twilight zone - life - 07 October 2009. Sótt 6. nóvember 2009 frá New Scientist: http://www.newscientist.com/article/mg20427291.000?full=true
Swaminathan, N. (23. október 2007). Can a Lack of Sleep Cause Psychiatric Disorders?: Scientific American. Sótt 6. nóvember 2009 frá Scientific American: http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=can-a-lack-of-sleep-cause
To understand the big picture, give it time - and sleep. (7. apríl 2007). Sótt 6. nóvember 2009 frá EurekAlert: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2007-04/bidm-tut042007.php