- चूहों पर किए गए प्रयोगों में पाया गया कि NREM sleep के दौरान मस्तिष्क की रक्त वाहिकाओं का नियमित संकुचन cerebrospinal fluid को आगे बढ़ाता है, और जागने के दौरान जमा हुए रासायनिक अपशिष्ट को धोकर निकालने का यह एक प्रमुख ड्राइविंग मैकेनिज़्म है
- यह धड़कन adrenaline से लगभग समान norepinephrine के आवधिक स्राव के साथ जुड़ी होती है, और चूहे के मस्तिष्क में इसका स्तर लगभग हर 50 सेकंड में शिखर पर पहुंचता है
- anesthesia की जगह इलेक्ट्रोड और optical fiber filaments प्रत्यारोपित किए गए चूहों के स्वाभाविक रूप से सोने की अवस्था में blood volume, electrical activity, chemicals, और fluorescently labeled cerebrospinal fluid के प्रवाह को साथ में ट्रैक किया गया
- नींद की दवा zolpidem (Ambien) ने norepinephrine oscillation और cerebrospinal fluid के प्रवेश को कम किया, लेकिन सिर्फ इस नतीजे के आधार पर दवा बंद करने की बात कहना उचित नहीं है, और मानव अध्ययन की ज़रूरत है
- हाल की रिसर्च बताती है कि इंसानों में भी नींद के दौरान norepinephrine release और vascular pulsation में oscillation दिखती है, इसलिए यह संभव है कि यही pumping mechanism मानव मस्तिष्क में भी काम करता हो
cerebrospinal fluid के प्रवाह को आगे बढ़ाने वाली vascular pulsation
- लंबे समय से माना जाता रहा है कि नींद वह समय है जब मस्तिष्क में बहने वाला द्रव जागते समय जमा हुए रासायनिक अपशिष्ट को साफ करता है, लेकिन इस circulation को आगे क्या बढ़ाता है, यह स्पष्ट नहीं था
- Cell में प्रकाशित चूहों पर आधारित एक अध्ययन इस बात के और प्रमाण देता है कि मस्तिष्क की रक्त वाहिकाओं का नियमित संकुचन इस प्रवाह को आगे बढ़ाता है
- संबंधित अध्ययन: regular contractions of blood vessels in the brain
- रक्त वाहिकाओं का संकुचन adrenaline से रासायनिक रूप से लगभग समान norepinephrine के आवधिक स्राव से उत्तेजित होता है
- नींद की दवा zolpidem vascular oscillation और उससे प्रोत्साहित fluid flow में बाधा डाल सकती है, जिससे मस्तिष्क की सफाई क्षमता कमजोर पड़ सकती है
glymphatic system और बाकी बचे विवाद
- मस्तिष्क में शरीर के दूसरे हिस्सों की तरह द्रव को इकट्ठा कर ले जाने वाली lymphatic vessels नहीं होतीं
- Maiken Nedergaard की रिसर्च टीम ने 2012 में एक वैकल्पिक drainage system की पहचान की थी, जिसमें cerebrospinal fluid रक्त वाहिकाओं के आसपास की छोटी नलिकाओं के साथ मस्तिष्क में प्रवेश करता है और metabolic waste तथा अवांछित molecules को बहाकर ले जाता है
- इस सिस्टम को glymphatic system कहा जाता है
- संबंधित अध्ययन: alternative drainage system
- इसी टीम ने यह भी माना कि glymphatic system में fluid flow नींद के दौरान बढ़ता है
- Nedergaard समूह और अन्य अध्ययनों के अनुसार, glymphatic cleaning का मज़बूत होना लाभकारी है, और Alzheimer’s disease तथा अन्य neurodegenerative diseases में यह circulation कमजोर हो जाता है
- हालांकि, कुछ शोधकर्ताओं ने इस तस्वीर के कुछ हिस्सों पर आपत्ति जताई है, और 2024 के एक अध्ययन के अनुसार अपशिष्ट हटना नींद की तुलना में जागते समय अधिक तेज़ हो सकता है
स्वाभाविक नींद की अवस्था में देखा गया चूहे का मस्तिष्क
- चूहों के glymphatic system का अध्ययन करते समय आमतौर पर anesthesia का उपयोग किया जाता है, लेकिन anesthetized state natural sleep से काफी अलग होती है
- इस समस्या से बचने के लिए शोधकर्ताओं ने चूहों में सर्जरी के जरिए इलेक्ट्रोड और optical fiber filaments प्रत्यारोपित किए
- चूहे केबल से जुड़े होने पर भी सामान्य रूप से सो सकते थे
- blood volume, electrical activity, और chemical levels को एक साथ ट्रैक किया गया
- optical fiber के जरिए प्रकाश पहुंचाकर neurons के विशेष समूहों को सक्रिय किया गया
- पहले के अध्ययनों में पाया गया था कि चूहे के मस्तिष्क में norepinephrine का स्तर rhythmic तरीके से बदलता है और लगभग हर 50 सेकंड में peak पर पहुंचता है
- नए प्रयोग में NREM sleep के दौरान मस्तिष्क के blood volume में भी oscillation देखी गई, जो norepinephrine में बदलाव के 0.5 सेकंड से अधिक बाद पीछे-पीछे आती थी
- यह संबंध तब उतना मजबूत नहीं था जब जानवर जाग रहा हो या REM sleep के उस चरण में हो जहां memory consolidation होती है, जितना कि NREM sleep में था
कैसे vascular contraction cerebrospinal fluid को आगे बढ़ाता है
- शोधकर्ताओं ने चूहों में fluorescent molecules इंजेक्ट किए, जिनसे cerebrospinal fluid के प्रवाह को ट्रैक किया जा सकता था, और पाया कि उनका स्तर भी NREM sleep के दौरान norepinephrine स्तर के साथ बदलता है
- यह देखने के लिए कि क्या vascular pulsation वास्तव में glymphatic flow को आगे बढ़ाती है, उन्होंने मस्तिष्क के उस क्षेत्र को उत्तेजित किया जो norepinephrine बनाता है
- कृत्रिम उत्तेजना से धड़कन का चक्र लगभग हर 50 सेकंड में एक बार से बढ़कर हर 10 सेकंड में एक बार हो गया
- labeled cerebrospinal fluid norepinephrine उत्पादन क्षेत्र के पास वाले हिस्सों में और गहराई तक प्रवेश कर गया
- खोपड़ी के भीतर बंद मस्तिष्क में रक्त वाहिकाओं का सिकुड़ना और फैलना pump की तरह काम करता है
- norepinephrine pulse के बाद जब रक्त वाहिकाएं सिकुड़ती हैं, तो बनी हुई जगह को भरने के लिए cerebrospinal fluid अंदर आता है
- जब रक्त वाहिकाएं फैलती हैं, तो वे cerebrospinal fluid को आगे धकेलती हैं
- norepinephrine अकेला कारक नहीं हो सकता, लेकिन NREM sleep के दौरान glymphatic flow का एक महत्वपूर्ण ड्राइविंग कारक होने की पुष्टि हुई
zolpidem के नतीजे और मानव अध्ययन की ज़रूरत
- शोधकर्ताओं ने पहले के अध्ययनों के आधार पर, जिनमें दिखाया गया था कि zolpidem नींद के दौरान मस्तिष्क की गतिविधि बदल सकता है और sleep stages की अवधि पर असर डाल सकता है, चूहों में इस दवा के प्रभाव का परीक्षण किया
- zolpidem ने norepinephrine oscillation को कम किया और cerebrospinal fluid के मस्तिष्क के भीतर प्रवेश की मात्रा भी घटा दी
- यह दवा व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली sleep medication है, लेकिन सिर्फ चूहों पर हुए अध्ययन के आधार पर यह निष्कर्ष नहीं निकाला जा सकता कि लोगों को इसे लेना बंद कर देना चाहिए
- Laura Lewis का मानना है कि यह जांचना प्राथमिकता होनी चाहिए कि मस्तिष्क की सफाई पर इसका side effect इंसानों में भी वैसा ही है या नहीं, और इसके लिए इस दवा को मानव अध्ययन में देखना होगा
- हाल की रिसर्च यह संकेत देती है कि इंसानों में भी, चूहों की तरह, नींद के दौरान norepinephrine release और vascular pulsation में oscillation होती है, इसलिए वही pumping mechanism मानव मस्तिष्क में भी काम कर सकता है
1 टिप्पणियां
Hacker News की राय
अगर 2024 की एक study ने कहा था कि नींद के दौरान की तुलना में जागते समय waste removal तेज़ होता है, तो इस कहानी में काफ़ी बड़ी अस्पष्टता है
कई discoveries असल में “अरे, यह अजीब है। और देखना पड़ेगा” के काफ़ी करीब होती हैं
दूर से देखने पर consensus बहुत बड़ा लगता है, लेकिन पास जाकर देखें तो तस्वीर कहीं ज़्यादा बंटी हुई है। और हाल में neuroscientists को मानव व्यवहार के super-scientist जैसा माना जाने लगा है, जिससे self-help books तक सब “neuroscience-based” हो गई हैं और चीज़ें असलियत से ज़्यादा पक्की लगने लगती हैं
https://www.thetransmitter.org/glymphatic-system/new-method-...
उनका कहना है कि नए paper में कई techniques का गलत इस्तेमाल हुआ, और अगर experiment में सीधे brain में injection किया गया है, तो glial scarring की जांच और dye के सच में tissue तक पहुंचने की पुष्टि के लिए और ज़्यादा control groups चाहिए
injection के बाद backflow रोकने के लिए cannula को 30 मिनट तक clamp करना पड़ा, और sleep group भी natural sleep नहीं था, बल्कि 5 घंटे की sleep deprivation के बाद recovery sleep model था, इसलिए वे इसे “misleading” मानती हैं
वे यह भी कहती हैं कि सिर्फ brain के अंदर की measurement से brain cleaning साबित नहीं की जा सकती, और analogy देती हैं कि “कूड़ेदान को kitchen से garage में ले जाने से घर साफ़ नहीं हो जाता”
injection point वाले deep brain से उस frontal cortex तक fluid ले जाने वाला कोई glymphatic pathway नहीं है जहां optical measurement की गई थी, और दोनों regions के white matter से अलग होने की संभावना ज़्यादा है; वे पूछती हैं, “waste उधर क्यों जाएगा?”
जागते समय waste removal तेज़ हो, तब भी waste generation धीमी हो सकती है
नींद और थकान के मकसद का एक हिस्सा यह हो सकता है कि जब waste concentration किसी threshold तक पहुंच जाए, तो शरीर कहे “अब इतना ज़्यादा metabolic waste बनाना बंद करें”
रात का waste removal फिर भी critically important हो सकता है, और हमें comprehensive तौर पर यह भी नहीं पता कि waste असल में किन चीज़ों से बना है
अलग sleep system का होना यह संकेत देता है कि वह system कुछ कर रहा है
Brain सच में service availability के लिहाज़ से बहुत खराब system है
औसतन 16 घंटे चलने के बाद उसे “scrub”, “garbage collect”, “trim”, “fsck” जैसे maintenance कामों के लिए 8 घंटे offline होना पड़ता है
brain childbirth संभव रहने की सीमा तक बड़ा हो चुका है, और पहले ही body weight का 2% होते हुए भी energy का 20% खर्च करता है
active रहते समय इसे peak performance पर काम करना होता है, इसलिए 24 घंटे लगातार चलने वाला background “scrub” task या तो ज्यादा energy और heat dissipation मांगेगा, या dolphins की तरह एक-एक hemisphere को सुलाने वाली redundancy के लिए ज्यादा area मांगेगा
विकल्प यह है कि processing speed कम कर दी जाए ताकि ऐसे काम हमेशा होते रहें, और day/night cycle ने भी शायद इसी approach को चुनने का दबाव बनाया होगा
कुछ समय पहले तक रात में सुरक्षित तरीके से करने के लिए बहुत कुछ नहीं था
असली brain को 16 घंटे के वास्तविक काम के बाद भी society में high-level contribution जारी रखने के लिए लगभग 8 घंटे तक जोरदार hallucinate करना पड़ता है
ऐसा नहीं लगता कि हम rhinoceros, hippo, car, truck को एक-एक करके search कर रहे हैं, और rummage करने की ज़रूरत भी नहीं दिखती
हां, memory या understanding के edges पर हम बहुत भटकते हैं, लेकिन सब कुछ इसी तरह हो सकता था
फिर भी कुछ चीज़ों में लगभग automatic और instant recall संभव है
evolutionary history के अधिकांश हिस्से में रात में जागे रहना economical नहीं था, और strong sleep drive मुख्य रूप से energy conservation की वजह से पैदा हुआ हो सकता है
अगर ऐसा है, तो दूसरी processes optimization के तहत sleep time के हिसाब से evolve हुई होंगी, लेकिन अगर evolutionary constraints अलग होते, तो संभव है वे processes जागते समय भी होतीं
बस carbon supremacists इसे खराब न कर दें, तो AI बेहतर SLA देने वाली किसी चीज़ की ओर बढ़ रहा है, और आखिरकार हम काम रोके बिना इस परेशान करने वाले legacy system को decommission कर पाएंगे
करीब 1 साल पहले तक मेरी sleep hygiene बहुत खराब थी, और अभी भी कभी-कभी रात 2 बजे के आसपास जाग जाऊँ तो फिर आराम की हालत में वापस लौटना मुश्किल हो जाता है
मैंने sleep track करने के लिए एक साधारण Garmin smartwatch खरीदी; इसे इसलिए चुना क्योंकि यह उन गिने-चुने products में से है जो privacy बचाते हैं और जिन्हें Internet connection की जरूरत नहीं होती
धीरे-धीरे और व्यवस्थित तरीके से नींद सुधारने के बाद ऐसा लगता है जैसे मैं बिल्कुल अलग इंसान बन गया हूँ
screen का blue light filter बंद करने से बड़ा असर पड़ता है, और लंबा workday भी असर डालता है
मुझे काफी magnesium लेना पड़ता है, दिन में लगभग 20 मिनट बाहर टहलना जरूरी है, और dinner शाम 4 बजे से पहले खाना पड़ता है
शायद कई छोटे-छोटे factors हैं जिन्हें मैं भूल रहा हूँ, लेकिन हममें से कितने लोग बस chronic fatigue की हालत में जी रहे होंगे?
activity की आदत activity को जन्म देती लगती है, इसलिए जवाब “sleep habits सुधारनी चाहिए” से ज्यादा “activity habits सुधारनी चाहिए” के करीब हो सकता है
किसी चीज़ को नोटिस कर लेना भी एक खतरनाक मोड़ है
नींद के दौरान शरीर जो बहुत-से काम करता है, वे वास्तविक factors जितने ही learned expectations पर आधारित होते हैं
जैसे “alarm बजने से पहले जाग जाना” वाला phenomenon, जो alarm time बदलने पर भी काम कर सके इतना मजबूत होता है
इसलिए शरीर ने शायद किसी signal को नींद शुरू करने का cue मानना सीख लिया हो, और अब शायद ऐसा शरीर बन गया हो जिसे blue light filter चालू चाहिए
भले ही असल में filter सक्रिय रूप से कुछ कर नहीं रहा हो
मैं भी पिछले 5–6 साल से आधी रात में अजीब तरह से alert महसूस करते हुए जाग जाने वाली sleep problem से जूझ रहा हूँ, और बहुत trial and error के बाद अपनी sleep quality सुधारता आया हूँ
3 साल पहले sleep apnea के symptoms नोटिस किए, sleep clinic गया, diagnosis और CPAP prescription मिला जिसके लिए आभारी हूँ, लेकिन पूरा experience निराशाजनक था
follow-up में जब मैंने कहा कि मैं अभी भी रात में stress महसूस करते हुए जागता हूँ, तो उन्होंने बात टाल दी और herbal remedy सुझाई; बाद में पता चला कि prescribed pressure हास्यास्पद रूप से कम था
2 साल के trial and error के बाद मुझे अपने लिए सही pressure मिला, और वह prescription का लगभग दोगुना था
stress/work, बाहर टहलना, stretching, foam rolling, जल्दी dinner, और सुबह सिर्फ पहली cup coffee पीना जैसे factors का भी बड़ा असर था
dinner में क्या खाया, इसका भी अजीब तरह से बहुत असर पड़ता है; legumes सबसे अच्छे रहे, और शायद इसका रात के blood sugar से संबंध हो
doctors exercise की सलाह देते हैं, लेकिन आजकल bicycle जैसी moderate-intensity exercise भी करूँ तो कई दिनों तक sleep quality टूट जाती है
10 साल पहले मैं नियमित रूप से gym जाता था और खुश था, लेकिन अब लगता है कि physiologically वह बहुत बड़ा stress बन जाता है
बड़ी खोजों में से एक यह थी कि मेरी caffeine sensitivity ज्यादा है, फिर भी अगर मैं सिर्फ सुबह coffee पियूँ तो सो पाता हूँ
मुझे नहीं लगता कि blue light filter अपने-आप में बहुत असरदार है, लेकिन एक exception है
laptop screen काफी ज्यादा dim हो जाती है इसलिए चुभती नहीं, जबकि desktop screen की नीली रोशनी का असर ज्यादा लगता है
हालांकि मुझे लगता है कि screen पर stimulation खोजने वाली brain activity ही sleep पर बड़ा असर डालती है
बेहतर है कि screen पूरी तरह बंद करके शांत हुआ जाए, या सच में सोने की तैयारी में मदद करने वाला काम किया जाए
नतीजा यह हुआ कि लगभग suicidal urges, अंतहीन rumination, और chronic बनती जा रही cluster headache वाली हालत से मैं Tony Robbins जैसा motivational speech दे सकने जितना बदल गया
हर व्यक्ति अलग होता है और results अलग होंगे, लेकिन diet में बड़ा बदलाव और दिन में एक बार भूख को पार कर लेना आपकी महसूस होने वाली हालत को dramatic तरीके से बदल सकता है
Nedergaard 2012 के बाद से इस effect की मुख्य discoveries को lead करने वाली lab की head हैं, और लगता है कि इस line of research के लिए उन्हें Nobel Prize मिल सकता है
20 साल पहले cognitive neuroscience में PhD करते समय मुझे sleep deprivation की तीन बड़ी deficits पता थीं—daily performance metrics में गिरावट, mental health risk बढ़ना, और cognitive decline का risk बढ़ना—लेकिन उन्हें mechanism से जोड़ नहीं पाता था
glymphatic nervous system एक बेहतरीन scientific theory की तरह बिखरी हुई discoveries को एक common mechanism के तहत जोड़ देता है
पर्याप्त नींद न लेना कुछ-कुछ dishwasher या washing machine को पर्याप्त बार न चलाने जैसा है, जिससे residue जमा होता जाता है
parents के लिए जोड़ दूँ: बच्चों में recommended sleep 6–12 साल के लिए रात में 10–12 घंटे, और 13–18 साल के लिए रात में 8–10 घंटे है
patients unrefreshing sleep और brain fog की शिकायत करते हैं; अगर perfusion की कमी से waste पर्याप्त रूप से धुलकर बाहर नहीं निकलता, तो ऐसे symptoms हो सकते हैं
यह ध्यान देने लायक है कि Ambien इस प्रक्रिया के एक हिस्से, norepinephrine oscillation, को बाधित करता है
मुझे Ambien के Zolpidem जैसी Zopiclone prescribe की गई थी, और अगले दिन ऐसा लगता था जैसे दिमाग को नुकसान पहुंच गया हो
पहली रात के बाद भी कभी-कभी ऐसा होता था, और अगर लगातार दो दिन लेता था तो हमेशा ऐसा होता था; यह डराने वाला था
मैंने “Pharmacokinetic and Pharmacodynamic Interactions Between Zolpidem and Caffeine” पेपर देखा
https://www.researchgate.net/profile/Roberta-Cysneiros/publi...
मेरी समझ में नतीजा यह था कि काफी मात्रा में caffeine, Zolpidem के cognitive effects में से “कुछ, लेकिन सभी नहीं” को counteract करता है, और चूंकि दोनों Z-drugs मिलते-जुलते हैं, इसलिए मैंने बहुत थोड़ी Zopiclone और थोड़ी-सी coffee साथ में आज़माई
मैं 2–3mg लेता हूं, जबकि एक tablet 7.5mg की होती है
नतीजा यह रहा कि मैं सो पाया और अगले दिन दिमाग खराब होने जैसा महसूस नहीं हुआ, और stress से जुड़ा ठीक 5:30 पर जाग जाने वाला असफल rhythm भी टूटता लगा
यानी मुझे लगता है कि यह combination समस्या को ठीक करता है, और शायद इसलिए कि caffeine ऊपर बताई गई norepinephrine oscillation disruption को counteract करता है
मेरे आसपास कुछ लोग सोने के लिए इस पर बहुत ज़्यादा निर्भर हो गए, और इसके अजीब side effects भी हैं
बिना किसी memory के sleepwalking उनमें से एक है—सिर्फ kitchen तक जाने वाली नहीं, बल्कि कार में बैठ जाने वाली type की sleepwalking
https://hn.algolia.com/?query=magnesium%20sleep&type=comment
glymphatic system activity N3 deep sleep की slow waves में सबसे ज़्यादा होती है
slow waves neurons की synchronized firing होती हैं, और इन्हें तब देखा जाता है जब glymphatic system cerebral blood flow को पूरे brain में pump करता है
पिछले 5 सालों से हम slow wave activity बढ़ाने के लिए phase-targeted auditory stimulation विकसित कर रहे हैं, और इसमें amyloid response, memory और कई biomarkers में positive response दिखा है
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38163288/
रुचि रखने वालों के लिए हमने website पर संबंधित research के और links दिए हैं - https://affectablesleep.com/research
पुष्टि के लिए, धुलकर बाहर निकलना अपने-आप में तो पहले से पता था, है न?
क्या यहां बात उस specific mechanism की है जिसमें blood vessels सिकुड़कर यह सफाई कराती हैं?
हालांकि निष्कर्ष को थोड़ा सीमित करके कहें तो यह study mice पर की गई है, इसलिए यह कहना अभी जल्दबाज़ी होगी कि human brain भी बिल्कुल इसी तरह काम करता है
mammals की anatomy अक्सर species के बीच मिलती-जुलती होती है, लेकिन उतनी ही बार वे अप्रत्याशित तरीकों से अलग भी निकलती हैं
शायद यह reckless idea हो, लेकिन क्या किसी external device से वही effect बनाया या बढ़ाया जा सकता है?
अगर जागे हुए mouse को rhythm में norepinephrine दी जाए, तो क्या वही cerebrospinal fluid movement पैदा हो सकती है? ऐसी intervention के बाद क्या mouse ज़्यादा देर से सोएगा?
क्या cerebrospinal fluid को सीधे ज़्यादा तेज़ी से pump किया जा सकता है? अगर कोई surgery से mechanical device लगवाने को तैयार हो, तो क्या एक button दबाकर तेज़ और ज़्यादा fresh करने वाली sleep मिल सकती है?
अगर cleaning efficiency आंशिक रूप से cerebrospinal fluid के components पर निर्भर करती है, तो क्या यह देखकर कि क्या “धुलकर बाहर निकलता है”, उन्हें बेहतर dissolve कराने वाले substances cerebrospinal fluid में जोड़े जा सकते हैं?
brain को “clean” करना उनमें से सिर्फ एक है
sleep की जरूरत को bypass करने वाला आसान button ढूंढना अमरता की गोली ढूंढने जितना ही unlikely लगता है
मुझे इस तरह की medical research से बहुत नफ़रत है जिसमें mice में surgically electrodes और optical fiber filaments implant किए जाते हैं, फिर cable से बंधे होने पर भी उन्हें normally सोने दिया जाता है, और blood volume, electrical activity, chemical levels track किए जाते हैं और optical fiber से specific neuron groups activate किए जाते हैं
यह भयावह बर्बरता है
अगर परिणाम इतना महत्वपूर्ण है कि ऐसी activities की जाएं, तो इतना महत्वपूर्ण भी होना चाहिए कि humans volunteer subjects बनें
अगर कोई volunteer नहीं करता, तो आखिरकार यह उतना महत्वपूर्ण नहीं है, इसलिए दूसरी species को बाहर रखना चाहिए
सच कहूं तो उस moral argument को समझना मुश्किल है