Podobnie jak wiele innych zwierząt, myszy zanurzają się w świecie snów, gdy ucinają sobie drzemkę. Wiemy to, ponieważ ich małe paciorkowate oczka ruszają się w tę i z powrotem, a ich mózgi brzęczą w rytmie ich snów. Teraz, dzięki badaniom nad mózgami śpiących gryzoni, możemy z większą pewnością stwierdzić, dlaczego te gwałtowne ruchy gałek ocznych (REM) występują.

Naukowcy badają zjawisko mrugania oczami podczas snu od lat 50. XX wieku. Śpiący ludzie, którzy obudzili się z wyrazistych snów, wykazywali szczególnie przesadne ruchy oczu, co pozwala łatwo założyć, że ich oczy podążały za wyimaginowanymi krajobrazami we śnie. Choć twierdzenie to może być uzasadnione, trudno jest zweryfikować eksperymentalnie. Większość dotychczasowych badań opierała się na przebudzonych śpiących zgłaszających swoje sny, które naukowcy powiązali z ruchami gałek ocznych – ale to podejście pozostawia zbyt wiele miejsca na wątpliwości.

Inni badacze zauważają, że sen w fazie REM może również przebiegać bez marzeń sennych, w szczególności u niemowląt i osób z urazami mózgu, które przypuszczalnie pozbawiają je zdolności wizualizacji. Możemy też śnić bez wchodzenia w fazę REM. Należy zauważyć, że nie wszystkie badania potwierdzają tak zwaną „hipotezę skanowania”. Alternatywnie, szybki ruch gałek ocznych pod powiekami może być po prostu reakcją neuronalną na bardziej podstawową aktywność, która pojawia się, gdy mózg nie jest już połączony ze świadomością.

Aby przezwyciężyć trudności związane z badaniem neurologii śpiących ludzi, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco wykorzystali myszy. W szczególności zmierzyli aktywność komórek nerwowych we wzgórzu myszy, które odpowiadają za skierowanie głowy w określonym kierunku. U obudzonych myszy ruchy gałek ocznych zwykle pokrywają się z ruchami głowy, gdy myszy poruszają się w prawdziwym świecie. Koincydencja ruchów gałek ocznych z impulsami nerwowymi dla kierunku głowy byłaby ważnym dowodem na korzyść hipotezy skanowania.

Zespół wykorzystał małe wszczepione sondy do rejestrowania aktywności neuronowej myszy, umożliwiając im swobodne eksplorowanie środowiska w stanie czuwania. W tym samym czasie seria kamer uchwyciła każdy ruch i mrugnięcie ich oczu. Gdy wyczerpane osoby skręcały się, by się zdrzemnąć, czujniki kontynuowały nagrywanie. Podstawy aktywności neuronalnej i ruchu oczu ustalone podczas okresu czuwania zostały następnie wykorzystane do określenia, na ile prawdopodobne jest, że ruchy gałek ocznych podczas REM były również powiązane z ich postrzeganym kierunkiem w ich świecie mentalnym.

Wyniki badania dostarczają dość wyraźnych obiektywnych dowodów na związek między szybkimi ruchami gałek ocznych myszy a kontrolą mózgu nad ruchami głowy. Podobnie jak w stanie czuwania, większe i bardziej gwałtowne ruchy gałek ocznych zapowiadają silniejsze zmiany w kierunku ruchu głowy, na przykład kierowanego przez wzgórze. Oczywiście pozostaje nam zwykłe zastrzeżenie powiązania wyników eksperymentu na myszach z podobnym zachowaniem u ludzi.

Poza powtórzeniem podobnie precyzyjnych pomiarów na poręcznym ludzkim mózgu – inwazyjnej procedurze, która nie ma precedensu w badaniach snów – jest to najbardziej bezpośredni dowód na hipotezę skanowania. Wszystko to wskazuje na wyższy poziom koordynacji w mózgu podczas snu REM, który nadal kieruje ruchami ciała w wyimaginowanej przestrzeni. Oprócz silnego potwierdzenia jednej strony trwającej od dziesięcioleci debaty, odkrycie to może mieć implikacje dla przyszłych badań.

Według neurologów czytanie ruchów gałek ocznych podczas snu może pomóc w opracowaniu terapii poprawiających pamięć lub leczących urazy. Może to również dać nam więcej zrozumienia samego celu naszych nieświadomych wędrówek.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Science.