Rytmy biologiczne i rytmy fal mózgowych

Rytmy biologiczne i rytmy fal mózgowych

Biologiczny zegar mózgu

Wszyscy posiadamy mechanizmy, dzięki którym procesy fizjologiczne przejawiają w organizmie pewną cykliczną stałość. Rytmy biologiczne występują nawet u najprostszych gatunków zwierząt. Mogą obejmować różne okresy czasu jak np. miesiąc czy rok, ale najbardziej podstawowym z nich jest rytm okołodobowy. Wszystkie rytmy biologiczne oparte są na cyklicznych zmianach procesów fizjologicznych w odpowiedzi na cechy środowiska zewnętrznego.

Mózg – podstawowy organ przetrwania wykształcił własne mechanizmy odpowiedzialne za regulację rytmów biologicznych. Zegar biologiczny mózgu tyka bez przerwy, dzięki czemu reguluje rytm snu i czuwania oraz nadzoruje procesy fizjologiczne zachodzące w organizmie.

Jądro nadskrzyżowaniowe podwzgórza (SCN) – koordynator rytmu okołodobowego

Centrum dowodzenia skomplikowanymi mechanizmami związanymi z rytmem dobowym znajduje się w mikroskopijnej, parzystej strukturze umiejscowionej tuż nad skrzyżowaniem nerwów wzrokowych, zwanej jądrem nadskrzyżowaniowym podwzgórza. Potwierdzono eksperymentalnie, że stymulacja elektryczna SCN przesuwa rytmy okołodobowe, a zniszczenie tej struktury powoduje całkowite ich zniesienie. Co więcej, okazuje się, że przeszczep płodowego SCN zwierzętom, które wcześniej zostały go pozbawione, przywraca im odpowiednią rytmikę procesów, za które SCN jest odpowiedzialne.

Projekcje, które SCN wysyła do innych struktur mózgu biegną przede wszystkim do innych części podwzgórza i wzgórza, gdzie regulują rytm snu i czuwania, funkcje wewnątrzwydzielnicze oraz autonomiczne. Część projekcji biegnie także do podstawnej części przodomózgowia i znajdujących się tam jąder przegrody, gdzie warunkują okołodobowe wahania w zakresie zdolności poznawczych.
Jądra nadskrzyżowaniowe współpracują z szyszynką i siatkówką. Aksony komórek zwojowych siatkówki oka biegną do podwzgórza przekazując informacje dotyczące natężenia oświetlenia. Z tych właśnie wiadomości czerpie mózg przy okazji regulowania rytmiki okołodobowej.
 

Szyszynka, czyli dlaczego śpimy, kiedy jest ciemno?

Kartezjusz nazywał ją siedzibą duszy argumentując swój pogląd tym, że jest to jedyna nieparzysta część mózgu i właśnie w niej ma zachodzić integracja i analiza bodźców. Pomimo, że filozof mylił się przypisując szyszynce duchowe funkcje, miał intuicję co do ważnej i specyficznej roli, jaką pełni ten niewielki gruczoł. W szyszynce produkowana jest bowiem melatonina – hormon koordynujący pracę zegara biologicznego mózgu. Dzięki impulsom nerwowym z neuronów siatkówki regulowana jest aktywność pinealocytów – komórek odpowiedzialnych za syntezę melatoniny. Melatonina jest zatem wydzielana do krwi i płynu mózgowo-rdzeniowego w sytuacji braku obecności bodźców świetlnych. W ten sposób organizm radzi sobie ze stabilizacją rytmu snu i czuwania. „Hormon snu”  praktycznie nie jest produkowany u niemowląt, co objawia się brakiem ustabilizowanego rytmu dobowego w początkowych miesiącach życia. U osób starszych natomiast zaburzenia w produkcji melatoniny mogą być jedną z przyczyn problemów z bezsennością.
 

Różne fale, różne stany świadomości

Poziom funkcjonowania i związane z nim stany świadomości zmieniają się w zależności od rodzaju aktywności, także tej związanej z przebiegiem rytmu dobowego. Jak w takim razie wygląda praca mózgu w poszczególnych stanach świadomości? Okazuje się, że każdy ze nich charakteryzuje się odmienną częstotliwością fal mózgowych, czyli różnicami w zakresie aktywności bioelektrycznej mózgu. Wyróżniamy 5 podstawowych rodzajów fal nazwanych za pomocą liter alfabetu greckiego.

Fale delta są falami wolnymi o częstotliwości do 4 Hz. Występują w tzw. śnie wolnofalowym (niezwiązanym z fazą REM). Towarzyszy im stan wypoczynku i regeneracji związany z brakiem świadomości. Gdy mózg pracuje w paśmie delta uwalniany jest hormon wzrostu, a poziom kortyzolu spada. Dlatego też faza związana z rytmem delta jest niezwykle ważna dla prawidłowego funkcjonowania organizmu.

Fale theta mieszczą się w częstotliwościach pomiędzy 4 a 8 Hz. Znajdują się na progu podświadomości. Towarzyszą stanom medytacji, hipnozy, transu oraz są aktywne podczas większości faz snu. Podczas ich aktywności zanikają związki logiczne i zdolność ogniskowania uwagi. Z drugiej strony jest to stan, w którym budzi się kreatywność i zwiększają się możliwości uczenia się (dlatego właśnie sen jest niezbędny dla utrwalania się śladów pamięciowych!). Możliwe w tym stanie staje się – przy zachowaniu świadomości – kontrolowanie pewnych objawów fizjologicznych takich jak ból. Zbyt duża aktywność tych fal objawiać się może poważnymi zaburzeniami uwagi.

Fale alfa obejmują częstotliwości zakresu 8 do 13 Hz. Są rejestrowane w stanie czuwania, któremu towarzyszy jednak stan głębokiego relaksu po zamknięciu oczu. Odpowiada im stan głębokiego odpoczynku, spokój umysłu, twórczość, wyciszenie. W oparciu o te fale marzymy i snujemy twórcze plany. Nie jest to jednak stan medytacji – umysł stale utrzymuje czujność.

Fale beta są falami o częstotliwości 12-35 Hz. Ze względu na duży zakres podzielone zostały na trzy grupy, z których każda kolejna charakteryzuje się coraz większym pobudzeniem i intensywnością pracy umysłowej. Są obecne podczas codziennych aktywności. W niższym paśmie beta jesteśmy skupieni i skoncentrowani na odbieraniu bodźców i przeżywaniu emocji. Myślimy w sposób logiczny i komunikujemy się z otoczeniem. Aktywacja wysokich fal beta ma miejsce podczas skrajnych, emocjonalnych przeżyć takich jak strach czy ekscytacja.

Fale gamma są bardzo szybkimi falami obejmującymi częstotliwości powyżej 40 Hz. Są jedynymi falami możliwymi do odbierania w każdej części mózgu, co sugeruje ich rolę w procesach integracyjnych i skojarzeniowych mających miejsce podczas przetwarzania najbardziej złożonych informacji.

Prawidłowo i wydajnie pracujący mózg potrafi płynnie przechodzić pomiędzy różnymi stanami świadomości zmieniając rytm pracy fal mózgowych. W oparciu o wiedzę z tego zakresu pracują neuroterapeuci EEG biofeedback. Dzięki zmianie częstości występowania niektórych fal można wpływać na poprawę zdolności do koncentracji, walczyć z nadmiernym stresem, a nawet ćwiczyć umiejętności twórczego myślenia.  

Łucja Kudła
 
Literatura:
  • Longstaff A., Neurobiologia. Krótkie wykłady. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012
  • Kalat J., Biologiczne podstawy psychologii. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006
Większość Czytelników i Czytelniczek w którymś momencie swojego życia natknęła się pewnie na popularne twierdzenie, jakoby lu... czytaj więcej
Jakiś czas temu media społecznościowe zalała fala testów pozwalających na sprawdzenie, która półkula mózgu – prawa czy lewa –... czytaj więcej
Majaczenie, nazywane też delirium (od łacińskiego delirare - „bredzić, mówić od rzeczy”), to postać zaburzenia neuropoznawcze... czytaj więcej
Mianem paraliżu sennego określa się niezwykłe doświadczenie utraty kontroli nad mięśniami przy zachowaniu świadomości, przytr... czytaj więcej