מחקר חדש מראה שאפילו מנה מתונה של קפאין משנה את פעילות המוח במהלך השינה, מגדילה את המורכבות והגדירה מערכות עצביות לעבר מצב עיבוד יעיל גבוה, במיוחד אצל מבוגרים צעירים במהלך שינה עמוקה.
העמודה השמאלית מציגה הבדלים סטטיסטיים (כחול: מופחת במהלך קפאין, אדום: מוגבר במהלך קפאין), ואילו עמודות SVM/LDA מראות דיוק סיווג בין תנאים (ירוק). נקודות מצביעות על משמעות סטטיסטית (אפור: p <0.05, לבן: p <0.01). מחקר: קפאין גורם לעלייה תלויה בגיל במורכבות המוח והביקורתיות במהלך השינה.
בליעת קפאין מובילה להפחתה במתאמים זמניים לטווח הארוך וגורמת גם לעלייה במורכבות המוח, במיוחד במהלך שינה תנועת עיניים שאינה מפוארת (NREM).
מחקר שנערך לאחרונה ב- ביולוגיה של תקשורת הערכה של Electroencephalography (EEG) מדווחת כדי להבין את השפעות הקפאין על המוח, במיוחד במהלך השינה.
קפאין, בריאות מוח ואדריכלות שינה
קפאין יכול להשפיע באופן משבש על איכות השינה על ידי העלאת חביון השינה והפחתת יעילות השינה. נהפוך הוא, מחקרים הוכיחו את תכונותיו העצבים של קפאין, במיוחד נגד מחלת פרקינסון (PD). לפיכך, השפעת הקפאין על הבריאות היא מורכבת. בהתחשב בצריכה הנרחבת של מוצרים המכילים קפאין, חשוב מאוד להבין את השפעות הקפאין על המוח במהלך שינה על פני קבוצות גיל שונות.
קפאין מעכב את הופעת השינה של תנועת עיניים מהירה (REM) ומחמירה את איכות ההתעוררות. היעדר שינה מתדרדר את התפקוד הנכון של תהליכי מוח הקשורים לשינה. זה גם מוביל לבעיות בריאות אחרות כמו עלייה במשקל, סוכרת, יתר לחץ דם, מחלות לב וכלי דם ודיכאון.
למרות עידוד ההתקדמות במחקר, הידע הקיים על המנגנונים שבאמצעותם קפאין משנה את הדינמיקה המוחית במהלך השינה נמצא בשלביו המוקדמים. יש לא רק השפעות ישירות באמצעות איתות אדנוזין, אלא גם שורה של השפעות במורד הזרם על מערכות עצביות אחרות, כמו גם אינטראקציות מורכבות המניעות את ההשפעות המגוונות של קפאין על תפקוד המוח ואדריכלות השינה. בנוסף, אינטראקציות מורכבות אלה עשויות להשפיע על האיזון בין עירור עצבי לעיכוב, הממלא תפקיד מפתח באופן בו המוח מעבד מידע בשלבי שינה שונים.
על המחקר
מחקר זה מבצע הערכה מעמיקה של השפעותיו של קפאין על האותות האלקטרופיזיולוגיים של המוח בזמן השינה. המוקד הספציפי היה במורכבות המוח וביקוריות. רכיבים תקופתיים ואפריודיים בספקטרום EEG התנתקו, ובכך שיפרו את החקירות הקיימות הספקטרליות הקיימות.
מחקר קודם הראה כי קפאין מגביר את האנטרופיה המוחית במהלך ערות. עם זאת, האם ההשפעות הדומות נמשכות לאותות EEG שינה עדיין לא ידוע. מחקר זה העריך גם אם שינויים הנגרמים על ידי קפאין בשינה של גל איטי (SWS) ושלבי שינה קלים יותר (למשל, N1 ו- N2) הביאו לעלייה במורכבות EEG במהלך שינה של תנועת עיניים שאינה רופאת (NREM). המחברים מציינים כי חלק מהעלייה שנצפתה במורכבות המוח עשויה להיות בחלקן כתוצאה מכך שהקפאין מעביר את שיעור שלבי ה- NREM הקלים יותר, מה שמקשה על התנתקות ההשפעות הישירות על הדינמיקה המוחית מהשפעות עקיפות באמצעות שינויים בארכיטקטורת השינה. בנוסף, היא בחנה את הטרוגניות הגיל באופן בו קפאין משפיע על המוח, בהתחשב בכך שצפיפות הקולטן של אדנוזין פוחתת עם ההזדקנות, מה שמקטין את הזמן שהוקדש לשינה עמוקה.
נתוני שינה EEG נאספו מארבעים משתתפים בריאים תחת קפאין (200 מ"ג) ותנאי פלצבו בשני לילות שאינם ברציפות. מדדי אנטרופיה, מדדי מורכבות וצפיפות ספקטרלית כוח (PSD) חולצו מה- EEG. למידת מכונה (ML) וסטטיסטיקות הסקה שימשו בנפרד לשינה NREM ו- REM.
ממצאי לימוד
בנוגע לשינויים מונעי קפאין בתנודות EEG, ירידה מובהקת סטטיסטית בכוח ברצועות התדר האלפא, תטא ודלתא נצפו בשינה של NREM. עבור דלתא ותטא, ערוצים פריאטליים ומרכזיים משתרעים. על פני תעלות פריאטליות וחזיות, נצפתה עלייה רחבה בכוח הבטא, שניתן לייחס לרמות GABA גבוהות. במהלך שינה של REM, כוח התטא הורד בערוצים האוקפיטליים, הפריאטיים והזמניים.
קפאין השפיע על המרכיב האפריודי של הספקטרום. השינוי בהתנהגות הגודל של ספקטרום ה- EEG יוחס לשינוי דמיון עצמי של EEG, שיכול להיות קשור לשינוי בביקורת העצבית. הפערים שנצפו בין הכוח הספקטרלי המתוקן והלא מתוקן מצביעים על כך שהמרכיב האפריודי בספקטרום הכוח עשוי להיות תכונה EEG מועמדת ששונה על ידי קפאין. המחקר מדגיש כי תיקון המרכיב האפריודי מגלה את השפעותיו של קפאין על פעילות מוחית קצבית שאחרת עלולים להתגעגע, ומדגיש את החשיבות של הפרדת רכיבים אלה בניתוח EEG.
כל מדדי המורכבות של EEG הראו עלייה עקבית תחת קפאין. שניהם ניתוח התנודות המופרע (DFA) אקספקטנט קנה מידה וגם שיפוע הפעילות האפריודית הראו ירידה עקבית, מה שמרמז על שינוי לעבר המשטר הקריטי. אף על פי שהשינויים הנגרמים על ידי קפאין באותות המוח היו נפוצים ובולטים במהלך שינה של NREM, נצפתה השפעה חלשה יותר שהוגבלה לאזורים האוקפיטליים במהלך שינה REM.
הקשר המדויק ביותר בין קפאין לשינה פלצבו EEG התקבל באמצעות אנטרופיה מדגם ספקטרלית כתכונה בשינה של NREM. ההסכם הכולל בין תוצאות ה- ML הבודדות לתוצאות ML נבדקות מעיד על הרגישות של התכונות שנבחרו של אפקט הקפאין ואת החוסן של התצפיות.
מסווג היער האקראי (RF), שהוכשר על כל התכונות שחולצו, השיג דיוק פענוח גבוה משמעותית בשינה של NREM מאשר בשינה של REM. המדדים המורכבות והקריטיות הקשורים לבוצעו בצורה משמעותית יותר מהתכונות הספקטרליות לסיווג דגימות קפאין ופלצבו במהלך NREM. התפלגות התכונות המדורגת לפי חשיבות במהלך REM התגלתה כהטרוגנית ופחות מובנית.
קפאין הפעיל השפעות משמעותיות במהלך שינה של NREM על מספר תכונות EEG במבוגרים צעירים (20-27 שנים) ובגיל העמידה (41-58 שנים). קבוצת הגיל הצעירה הציגה השפעות בולטות יותר. עם זאת, שינויים הנגרמים על ידי קפאין בשינה של REM היו משמעותיים רק בקבוצת הגיל הצעירה יותר, והשפיעו על תכונות ספציפיות, כולל אנטרופיה מדגם (Sampen), אנטרופיה ספקטרלית (SpeceN), מורכבות Lempel-Ziv (LZC), ואקספקטנט קנה המידה של DFA. המחקר לא מצא כי לא הבדלים משמעותיים בגיל בהשפעת הקפאין במהלך שינה של NREM, אך הבדלים ברורים הקשורים לגיל נצפו ב- REM, מה שמרמז כי שינויים הקשורים לגיל בצפיפות הקולטנים של אדנוזין עשויים להפחית את השפעתו של קפאין על שינה REM בקרב מבוגרים בגיל העמידה.
המחברים דנים גם כי השינוי שנצפה בדפוסי פעילות המוח משקף תנועה לעבר "משטר ביקורתי" תיאורטי או "קצה הכאוס", שם נחשב המוח רגיש ביותר, ניתן להתאמה ויעיל בעיבוד מידע.
מסקנות
מחקר זה הוכיח כי צריכת הקפאין הביאה לעלייה משמעותית במורכבות ה- EEG, במיוחד במהלך שינה של תנועת עיניים שאינה רופאת (NREM). קפאין משפיע גם על המוח, ומאפשר לו לעבד מידע בצורה היעילה ביותר. בהשוואה לקבוצה בגיל העמידה, מבוגרים צעירים יותר הציגו תגובה אנטרופית מוחית מוגברת באופן משמעותי לקפאין במהלך שינה REM.
ההשפעות הופצו באופן נרחב יותר ב- NREM בהשוואה לשינה של REM. עם זאת, המחברים מזהירים כי ממצאים אלה מבוססים על מבוגרים בריאים, וכי השפעותיו של קפאין עשויות להיות שונות בקרב אנשים עם הפרעות שינה או מצבים ניווניים. יש לפרש את התוצאות גם בהקשר של שינויים ישירים ועקיפים כאחד בארכיטקטורת השינה.
