Francoski astronom Jean-Jacques d’Ortous de Mairan je leta 1729 izvedel preprost eksperiment, pri katerem ga je zanimalo, kako se v popolni temi obnaša roža z imenom Sramežljiva mimoza (Mimosa pudica). Značilnost te rastline je, da se njeni listi zaprejo kot dežnik, če se je dotaknemo, podoben učinek pa na rastlini povzroča tudi izmenjevanje dneva in noči. De Mairan je želel preveriti, ali bo dnevno ciklično zapiranje in odpiranje listov potekalo tudi, če roža ne bo videla sonca.

Rastlino je postavil v popolno temo in občasno pogledal, kaj se dogaja z njenimi listi. Ugotovil je, da se ti v dnevnem ritmu zapirajo in odpirajo neodvisno od tega, ali je roža na svetlobi. Čeprav je v poročilu akademiji zapisal, da rastlina nekako zazna sonce, čeprav ga neposredno ne vidi, je bil dejansko eden prvih, ki je eksperimentalno pokazal, da imajo živa bitja svoje notranje ure, po katerih se lahko neodvisno od dogajanja v okolici orientirajo v času.

Po pionirskih poskusih v 18. stoletju je moralo preteči še dvesto let, da so raziskovalci do podobnih ugotovitev o obstoju notranje ure prišli tudi pri ljudeh. Leta 1938 sta raziskovalec spanja Nathaniel Kleitman in njegov asistent Bruce Richardson kar 32 dni odrezana od sveta taborila v temačnih globinah Mamutove jame v Kentuckyju v ZDA. Zanimalo ju je, ali bo njun cikel budnosti in spanja postal kaj drugačen, če ne bo podvržen zunanjim signalom prek menjavanja dneva in noči. Spraševala sta se, ali bosta sčasoma začela spati v povsem naključnih intervalih, ali se bo spanje ustalilo v neki novi periodi, ki bo drugačna od dolžine dneva.

Po mesecu dni, prebitih v jami, ko sta si neprestano zapisovala tudi svojo telesno temperaturo in dolžino spanja, sta prišla do dveh pomembnih spoznanj. Ugotovila sta, da imamo ljudje svojo notranjo uro, ki uravnava menjavanja budnosti in spanja tudi v odsotnosti sončne svetlobe. Vendar pa dolžina periode spanja, ki se vzpostavi v prostoru, kjer ni dnevne svetlobe, ni točno 24 ur. Na podlagi kasnejših podrobnejših eksperimentov so ugotovili, da je v povprečju takšna perioda za 15 minut daljša od 24 ur.

Možgani štejejo čas

Danes vemo, da za notranjo telesno uro, ki nam pove, kdaj je dobro, da gremo v posteljo, skrbi molekula z imenom melatonin. Ko se stemni, se koncentracija te molekule v možganih poveča, proti jutru, ko posijejo prvi sončni žarki, pa se njena koncentracija zmanjša. Perioda nihanja koncentracije je dokaj stalna in nam pomaga, da postanemo zvečer zaspani, zjutraj pa naj bi nas zaspanost minila. Žal pa se v modernem svetu, v katerem lahko z letalom hitro zamenjamo časovni pas, ta perioda tudi hitro poruši, ko po daljšem poletu povečevanje in zmanjševanje koncentracije melatonina v možganih naenkrat ni več usklajeno z menjavanjem dneva in noči. Telo nato potrebuje nekaj dni, da se prilagodi novemu časovnemu pasu in da izločanje melatonina uskladi s soncem.

Čeprav je dnevna perioda nihanja koncentracije melatonina univerzalna, se ljudje medsebojno vseeno razlikujemo po tem, kdaj se nas loti zaspanost in kdaj smo najbolj budni. Kot kažejo raziskave, se približno 40 odstotkov populacije raje zbuja bolj zgodaj in je zvečer prej zaspanih, 30 odstotkov gre raje spat pozno in zjutraj dlje spi, drugi pa so nekje vmes. Za najstnike je značilno, da njihov cikel spanja ni enak kot pri odraslih. Zvečer praviloma občutijo zaspanost kasneje kot starši, zato nič ne pomaga, če jih na silo pošiljamo zgodaj v posteljo. Za zdrav razvoj mladih tako ni dobro, če jih budilka zbuja, preden se zaključi njihov naravni ritem spanja, kar bi morali upoštevati tudi pri izdelavi urnikov v šolah.

Vendar nihanje koncentracije melatonina ni edini mehanizem, ki uravnava zaspanost. Prav tako pomemben učinek na spanje ima povečevanje koncentracije adenozina v možganih. Ta molekula se počasi nabira, ko smo budni. Dlje časa smo naenkrat budni, večja bo njena koncentracija v možganih. Preprosto rečeno: koncentracija te molekule je informacija, ki jo ima telo o tem, koliko časa je minilo od zadnjega spanja. Ko je koncentracija dovolj velika, postanemo utrujeni in zaspani. Šele dovolj dolga etapa spanja bo koncentracijo adenozina spet zmanjšala in tako to notranjo uro postavila na nič.

Kako kava preslepi notranjo uro

Ko uživamo kavo, se je dobro zavedati, da se kofein v možganih veže prav na receptorje, na katere se sicer veže adenozin. Kofein tako preslepi notranjo uro, ki prek koncentracije adenozina sklepa, kdaj smo nazadnje spali. Ker se na receptorje veže kofein, se nanje ne more vezati adenozin, zato so možgani zmotno prepričani, da je njegova koncentracija majhna. Zaradi tega kofein izboljša pozornost in zmanjša občutek zaspanosti.

Koncentracija kofeina je v možganih največja približno pol ure po zaužitju, njegova razpolovna doba, v kateri se koncentracija zmanjša na polovico, pa je med pet in sedem ur. Nekateri ljudje imajo genetsko bolj učinkovit encim za razgradnjo kofeina, kar pomeni, da se pri njih koncentracija bistveno hitreje zmanjšuje, zato lahko pijejo kavo tudi pozno popoldan ali zvečer, pa jih to ne bo motilo pri spanju. S starostjo se čas razgradnje kofeina podaljšuje, zato so starejši ljudje praviloma bolj občutljivi za nespečnost, če pijejo kavo prepozno.

Vendar pa se moramo zavedati, da kofein le preprečuje učinkovanje adenozina, ki povzroča zaspanost, ne zmanjšuje pa njegove koncentracije. Ko se koncentracija kofeina zaradi delovanja razgradnih encimov zmanjša, nas bo zaspanost udarila bistveno močneje, saj je adenozin v vmesnem času vseeno naraščal, a tega zaradi kofeina nismo občutili.

Dobra doza spanja nastavi števec zaspanosti na začetek, vendar to velja samo za nakopičen adenozin. Na nihanje koncentracije melatonina spanje ne vpliva. Če kdaj ponoči sploh ne gremo spat, se nam bo koncentracija adenozina neprestano povečevala, zjutraj pa bomo zaradi padca koncentracije melatonina vseeno manj zaspani, kot smo bili pozno ponoči, ko je bil melatonin še visok.

Med spanjem možgani ne mirujejo

Leta 1952 sta Nathaniel Kleitman, ki je s celomesečnim bivanjem v jami pokazal, da imamo ljudje notranjo uro, in Eugene Aserinsky prišla do še enega zelo pomembnega odkritja, ki je bistveno spremenilo naše razumevanje spanja. S spremljanjem električne aktivnosti možganov med spanjem sta ugotovila, da ljudje ponoči prehajamo med dvema zelo različnima stanjema, ki sta ju poimenovala REM- in neREM-spanje. Kratica REM je sicer okrajšava za rapid eye movement, saj je ena od značilnost te faze spanja hitro premikanje zrkel.

Obe fazi spanja se čez noč medsebojno izmenjujeta na približno devetdeset minut, vendar njuno razmerje ni ves čas enako. V prvi polovici noči so možgani več časa v neREM-stanju, v drugi polovici noči pa je več REM-spanja. Če nas tako budilka zbudi prezgodaj, ko se cikli izmenjanja obeh faz še niso zaključili, praviloma izgubimo veliko več REM- kot neREM-spanca, saj je tega stanja največ prav v zadnjih ciklih proti jutru.

Ena od značilnosti REM-spanja je, da so mišice rok in nog povsem paralizirane, kar je verjetno posledica tega, da ravno v tem obdobju najbolj intenzivno sanjamo. Če ne bi bila namenoma prekinjena povezava z motoričnimi mišicami, bi lahko z vsem telesom podoživljali dogajanje v sanjah, kar bi bilo nevarno tako za nas kot za naše bližnje.

Zelo poenostavljeno lahko rečemo, da med neREM-spanjem možgani slabijo in odstranjujejo odvečne povezave med nevroni v možganih, medtem ko se med REM-spanjem povezave utrjujejo. Običajno trajajo REM-faze skupaj le med 20 in 25 odstotki celotnega časa spanja, vendar je prav REM-spanje za ljudi še posebej pomembno, saj naj bi omogočalo razvoj kompleksnih družbenih odnosov. Kot opisuje raziskovalec spanja Matthew Walker v knjigi Why We Sleep: The New Science of Sleep and Dreams (Allen Lane, 2017), je ta faza spanja pomembna tako za razvoj emocionalne inteligence kot tudi za kreativnost.

Dober spanec je pomemben za učenje in zdravje

Walker je s svojimi raziskavami med drugim pokazal tudi to, da se bistveno učinkoviteje učimo, če dovolj spimo. Ugotovil je, da deluje spanje na nove spomine podobno kot gumb za shranjevanje, ki ga pritisnemo, če želimo kak dokument shraniti na disk računalnika. Njegove zadnje raziskave pa kažejo, da potrebujemo spanje tudi pred učenjem, saj tako pripravimo možgane na sprejem novega znanja.

Ugotovil je, da se nam sposobnost učenja zmanjša kar za 40 odstotkov, če eno noč ne spimo. Ko so v raziskavi proučevali, kaj se dogaja v možganih neprespanih ljudi, so ugotovili, da postane možganski center z imenom hipokampus, ki je pomemben za tvorjenje novih spominov, po neprespani noči skorajda neaktiven. Specifični mehanizmi v času spanja namreč poskrbijo, da se začasni spomini iz hipokampusa preoblikujejo v dolgotrajne, ki so shranjeni v drugih delih možganov, center za kratkotrajno pomnjenje pa se tako pripravi na novo učenje.

Vendar kakovosten spanec nikakor ni pomemben le za urejanje spominov in misli, ampak pomembno vpliva tudi na splošno zdravje. Ko so Grki ob vstopu v EU opustili prej v mediteranskem svetu uveljavljen deljeni odpiralni čas trgovin, med katerim so imeli siesto, se je to močno poznalo pri zdravju ljudi, saj naenkrat niso bili več deležni kratke etape spanja po kosilu.