Spánková aktivita mozku se ve zdraví a nemoci liší

Spánek jej zaujal – nikoliv jako odpočinek, ale z čiré zvědavosti – už během studia medicíny. Je to totiž velmi zajímavý stav neuronální aktivity, kdy se vypnou určité části mozku, například senzorické vstupy. „Mozek ve spánku pracuje v jiném módu a mohou se tam projevit různé patologie a odlišnosti mezi zdravým a nemocným mozkem,“ líčí doktor Blahna. A právě správné pochopení mechanismu nemocí je klíčové pro jejich možnou léčbu, pro lepší poznání.

Zacíleno i na Alzheimera

Ve svém výzkumu se Blahna zaměřuje především na studium Alzheimerovy choroby a schizofrenie. „Na potkaních modelech měříme aktivitu mozku na úrovni jednotlivých neuronů v hipokampu a prefrontální kůře,“ vysvětluje. Hipokampus hraje klíčovou úlohu při učení – především v epizodické paměti – tedy pro události v kontextu místa a času. Během spánku se pak informace z krátkodobé paměti v hipokampu ukládají do dlouhodobé paměti v kůře.

Plzeňský tým se konkrétně zaměřuje na specifický typ buněk – na hipokampální pyramidové neurony –, jimž se říká místní buňky (place cells), které se specificky aktivují v závislosti na prostředí. Aktivita místních buněk pak tvoří zvláštní kognitivní mapu (mapu prostředí uloženou v mozku), podle které lze zpětně určit, kde a jak se zvíře pohybovalo.

„Zvířata si následně informace o pohybu v prostředí přehrávají ve spánku; někdy se říká, že o tom sní – a to měříme,“ říká neurovědec. „Když jsou zvířata v novém prostředí, tak se tato nová informace přehrává silněji. To známe i z běžného života, kdy je pro nás nové prostředí mnohem silnější stimul než každodenní cesta do práce,“ uvádí na příkladu. V experimentech tak vědci sledují aktivitu mozku zvířat při pohybu v novém anebo již známém prostředí a tento záznam porovnávají mezi vzorkem zdravých a nemocných zvířat. Ve spánku pak u nich pozorují, jak se tato prostorová paměť kódovaná aktivitou místních buněk reaktivuje, přehrává.

„U zvířat s Alzheimerovou chorobou jsme očekávali narušení aktivity místních buněk při pohybu v prostředí. Místo toho jsme však zjistili, že k výrazným změnám dochází až během přehrávání ve spánku. U zdravých jedinců se přehrává celá trajektorie běhu – kompletní informace, u nemocných zvířat se přehrávají spíše krátké fragmenty,“ popisuje Blahna klíčový objev.

Se zkušenostmi z IST Austria

Blahna sám sebe popisuje jako neurovědce- fyziologa, jehož baví poznávat, jak mozek funguje, ale zároveň chce, aby nové poznatky byly užitečné. Proto kromě základního výzkumu například spolupracuje s kolegy Ježkem a Telenským na výzkumu nových léčiv.

Jeho strávené dny v laboratoři jsou rozmanité – a to podle fáze experimentů. „Naše pokusy zahrnují trénování zvířat před a po operaci, samotná měření a pak následné zpracování a analýza dat, které často trvá i několikanásobně déle nežli samotný experiment,“ vyjmenovává.

Práce s laboratorními zvířaty vyžaduje notnou dávku trpělivosti: „Už samotná měření jsou technicky náročná a vyžadují dost času. My k tomu navíc studujeme potkany-staroušky, kteří trpí Alzheimerovou chorobou, tedy si špatně pamatují, obtížně se učí a někdy se jim nechce prozkoumávat okolní prostředí,“ komentuje s humorem strasti takové laboratorní práce. Ale neměnil by: „Baví mě, že mohu leccos objevovat a každý den se naučím něco nového.“

Studentům zvažujícím vědeckou kariéru jednoznačně doporučuje zahraniční zkušenost. Sám strávil pět let jako postdoktorand na uznávaném pracovišti: v IST Austria. K návratu do Česka jej přiměla nabídka a spolupráce s bývalým učitelem, dnes již kamarádem, Karlem Ježkem.

„Nemusel jsem se dlouho rozhodovat. Biomedicínské centrum v Plzni je moderní institucí, má špičkové vybavení, je tu řada skvělých studentů a vědců, mluvíme tu anglicky, protože je zde take řada zahraničních kolegů,“ porovnává se zahraničím. „Díky Primusu mohu pokračovat i na vlastním výzkumu, který jsem začal v zahraničí,“ dodává. Dále doporučuje měnit témata během studia nebo se o jiné obory alespoň zajímat, a získat tak širší přehled i mimo svoji „bublinu“.

Problémy řeším ve spánku

Dle Blahny je důležité mít kromě vědy i jiné aktivity: „Inovativní myšlenky či řešení složitých problémů nepřicházejí jen v laboratoři – ale když jsem v přírodě, když jedu na koloběžce nebo když se věnuji umělecké tvorbě.“ Umění je jeho vášní – věnuje se umělecké fotografii a učí se grafické technice: suché jehle. Před pár lety se také začal učit hrát na piano, ale jen tak pro sebe, pro radost.

„Dříve jsem psal povídky, jenže na to už nemám čas. Volný čas teď věnuji především rodině; mám dvě děti,“ říká. Často se mu také stává, že některé problémy vyřeší během spánku. „Možná jsem si to svým výzkumem nějak naprogramoval,“ směje se neurovědec a dodává, že si to nové řešení musí okamžitě po probuzení zapsat, jinak je myšlenka ztracena. V hlavě nosí plány i na vědecké publikace. A s nadsázkou a smíchem uzavírá: „Zisk interní podpory Primus cítím jako veliký závazek – dokud nesplním všechny publikace, nebudu klidně spát.“

Autorka: Pavla Hubálková 

Foto: Hynek Glos

Článek vyšel v online magazínu Univerzity Karlovy Forum

Karel Blahna

Působí v Biomedicínském centru Lékařské fakulty Univerzity Karlovy v Plzni. Pět let strávil jako postdoktorand v Institutu vědy a technologie v Klosterneuburgu u Vídně (IST Austria). Na výzkum spánkové dynamiky neurální sítí ve zdraví a nemoci získal interní podporu UK Primus.