Giấc ngủ là một phần quan trọng và cần thiết cho sự sống còn như thức ăn và nước uống. Đó là lý do mà chúng ta có một ngành khoa học giấc ngủ – lĩnh vực nghiên cứu khoa học thần kinh và sinh lý học căn bản về bản chất của quá trình ngủ và các chức năng sinh học của nó.

Nếu thiếu ngủ, bạn không thể hình thành hoặc duy trì các con đường trong não cho phép bạn học hỏi và tạo ra những ký ức mới, đồng thời bạn sẽ khó tập trung và phản ứng nhanh hơn.

Giấc ngủ rất quan trọng đối với một số chức năng của não, bao gồm cả cách các tế bào thần kinh (tế bào thần kinh) giao tiếp với nhau. Trên thực tế, bộ não và cơ thể của bạn vẫn hoạt động đáng kể trong khi bạn ngủ. Những phát hiện gần đây cho thấy giấc ngủ đóng vai trò dọn dẹp giúp loại bỏ độc tố tích tụ trong não khi bạn thức.

Mọi người đều cần ngủ, nhưng mục đích sinh học của nó vẫn còn là một điều bí ẩn. Giấc ngủ ảnh hưởng đến hầu hết mọi loại mô và hệ thống trong cơ thể – từ não, tim và phổi đến quá trình trao đổi chất, chức năng miễn dịch, tâm trạng và khả năng kháng bệnh. Nghiên cứu cho thấy thiếu ngủ mãn tính hoặc ngủ kém chất lượng sẽ làm tăng nguy cơ mắc các chứng rối loạn bao gồm huyết áp cao, bệnh tim mạch, tiểu đường, trầm cảm và béo phì.

Giấc ngủ là một quá trình phức tạp và năng động, ảnh hưởng đến cách bạn hoạt động theo cách mà các nhà khoa học hiện đang bắt đầu hiểu. Bài viết này hy vọng có thể giúp bạn phần nào hiểu được điều gì diễn ra bên trong não bộ khi chúng ta ngủ.

Khoa học giấc ngủ – giải phẫu não bộ

Cùng với tim, não bộ luôn hoạt động không ngừng nghỉ trong suốt cuộc đời con người – ngay cả khi chúng ta đang ngủ. Với sự phát triển của khoa học về giấc ngủ, nhân loại đã bắt đầu có được sự hiểu biết rõ ràng hơn về những điều đang diễn ra bên trong chính mình.

Vùng dưới đồi (hypothalamus), một cấu trúc có kích thước bằng hạt đậu nằm sâu bên trong não, chứa các nhóm tế bào thần kinh đóng vai trò là trung tâm điều khiển đồng hồ sinh học. Bên trong vùng dưới đồi là nhân siêu âm (SCN) – gồm hàng nghìn tế bào nhận thông tin về việc tiếp xúc với ánh sáng trực tiếp từ mắt và kiểm soát nhịp điệu hành vi của bạn.

Một số người bị tổn thương SCN có giấc ngủ thất thường suốt cả ngày vì họ không thể điều chỉnh nhịp sinh học của mình với chu kỳ sáng tối. Hầu hết những người mù đều duy trì được khả năng cảm nhận ánh sáng và có thể điều chỉnh chu kỳ ngủ/thức của mình.

Thân não (brain stem), nằm ở đáy não, giao tiếp với vùng dưới đồi để kiểm soát chuyển đổi giữa thức và ngủ. Các tế bào thúc đẩy giấc ngủ ở vùng dưới đồi và thân não tạo ra một chất hóa học được gọi là GABA, có tác dụng làm giảm hoạt động của các trung tâm kích thích ở vùng dưới đồi và cơ thể. Thân não cũng đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong giấc ngủ REM; nó gửi tín hiệu để khiến cơ thể bị tê liệt tạm thời trong lúc chúng ta mơ – mục đích là giữ an toàn cho cơ thể.

Đồi thị (thalamus) hoạt động như một cơ sở chuyển tiếp thông tin từ các giác quan đến vỏ não (cerebral cortex). Trong hầu hết các giai đoạn của giấc ngủ, đồi thị trở nên yên tĩnh, cho phép cơ thể ngủ sâu cũng như cân bằng thời gian giấc ngủ. Nhưng trong giấc ngủ REM, đồi thị hoạt động mạnh mẽ hơn, liên tục gửi đi hình ảnh, âm thanh đến vỏ não để lấp đầy giấc mơ của chúng ta.

Tuyến tùng (pineal gland), nằm trong hải bán cầu não, nhận tín hiệu từ SCN và tăng sản xuất hormone melatonin, giúp bạn buồn ngủ khi trời tối. Các nhà khoa học tin rằng năng lượng và nồng độ melatonin theo thời gian rất quan trọng để nhịp sinh học của cơ thể phù hợp với chu kỳ bên ngoài ánh sáng và bóng tối.

Não trước cơ bản (basal forebrain), nằm gần phía trước và phía dưới não, cũng cung cấp giấc ngủ và tỉnh táo, trong khi một phần của não hoạt động như một hệ thống kích thích. Giải phóng adenosine (một sản phẩm phụ hóa học của quá trình tiêu thụ năng lượng của tế bào) từ các tế bào ở não trước và có thể có các vùng khác hỗ trợ giấc ngủ của bạn. Caffeine chống cơn buồn ngủ bằng cách ngăn chặn hoạt động của adenosine.

Hạch hạnh nhân (amygdala), một cấu trúc hình quả hạnh, liên quan đến việc xử lý cảm xúc và ra quyết định vào ban ngày cũng sẽ hoạt động tích cực hơn trong giấc ngủ REM để củng cố và xử lý những ký ức mà chúng ta đã tiếp nhận.

Khoa học giấc ngủ – các giai đoạn của giấc ngủ

Có hai loại giấc ngủ cơ bản: giấc ngủ chuyển động mắt nhanh (REM) và giấc ngủ không REM (có ba giai đoạn khác nhau). Mỗi loại được liên kết với các sóng não và hoạt động thần kinh cụ thể. Bạn trải qua tất cả các giai đoạn của giấc ngủ không REM và giấc ngủ REM nhiều lần trong một đêm thông thường, với các giai đoạn REM ngày càng dài hơn và sâu hơn xảy ra vào buổi sáng.

Giai đoạn non-REM 1

Giai đoạn 1 của giấc ngủ non-REM là sự chuyển đổi từ trạng thái tỉnh táo sang trạng thái ngủ. Trong khoảng thời gian ngắn (kéo dài vài phút) của giai đoạn này, nhịp tim, nhịp thở và chuyển động của mắt sẽ chậm lại và các cơ của bạn thư giãn, thỉnh thoảng có những cơn co cơ nhẹ. Sóng não của bạn cũng sẽ bắt đầu chậm lại để chuẩn bị cho cơ thể chìm vào giấc ngủ.

Giai đoạn non-REM 2

Giấc ngủ non-REM giai đoạn 2 là khoảng thời gian ngủ nông trước khi bạn bước vào giấc ngủ sâu hơn. Nhịp tim và nhịp thở của bạn chậm lại, đồng thời các cơ cũng thư giãn hơn nữa. Nhiệt độ cơ thể của bạn giảm xuống và chuyển động của mắt dừng lại. Hoạt động của sóng não chậm lại nhưng được đánh dấu bằng những đợt hoạt động điện ngắn. Bạn dành nhiều chu kỳ giấc ngủ lặp đi lặp lại trong giấc ngủ giai đoạn 2 so với các giai đoạn ngủ khác.

Giai đoạn non-REM 3

Giai đoạn 3 của giấc ngủ non-REM là giai đoạn ngủ sâu mà bạn cần cảm thấy sảng khoái vào buổi sáng. Nó xảy ra trong thời gian dài hơn trong nửa đầu của đêm. Nhịp tim và nhịp thở của bạn chậm lại ở mức thấp nhất trong khi ngủ. Cơ bắp của bạn được thư giãn và có thể khó đánh thức bạn. Sóng não thậm chí còn trở nên chậm hơn.

Giấc ngủ REM

Giấc ngủ REM lần đầu tiên xảy ra khoảng 90 phút sau khi chìm vào giấc ngủ. Đôi mắt của bạn di chuyển nhanh chóng từ bên này sang bên kia sau mí mắt khép kín. Hoạt động sóng não tần số hỗn hợp trở nên gần giống với hoạt động được thấy khi tỉnh táo. Hơi thở của bạn trở nên nhanh hơn và không đều, đồng thời nhịp tim và huyết áp của bạn tăng lên gần mức khi thức dậy.

Hầu hết giấc mơ của bạn xảy ra trong giấc ngủ REM, mặc dù một số cũng có thể xảy ra trong giấc ngủ non-REM. Cơ tay và chân của bạn bị tê liệt tạm thời, điều này khiến bạn không thể thực hiện được ước mơ của mình. Khi bạn già đi, bạn ngủ ít hơn trong giấc ngủ REM. Việc củng cố trí nhớ rất có thể cần cả giấc ngủ non-REM và giấc ngủ REM.

Khoa học giấc ngủ – cơ chế điều hòa nhịp sinh học

Hai cơ chế sinh học bên trong cơ thể chúng ta – nhịp sinh học và cân bằng nội môi – vừa phối hợp và đồng thời cũng cạnh tranh với nhau để điều chỉnh thời điểm bạn thức và ngủ.

Nhịp sinh học điều khiển nhiều chức năng khác nhau, từ sự dao động hàng ngày khi thức giấc đến nhiệt độ cơ thể, quá trình trao đổi chất và giải phóng hormone. Chúng kiểm soát thời gian ngủ của bạn và khiến bạn buồn ngủ vào ban đêm cũng như xu hướng thức dậy vào buổi sáng mà không cần báo thức. Đồng hồ sinh học của cơ thể bạn, dựa trên một ngày khoảng 24 giờ, kiểm soát hầu hết các nhịp sinh học. Nhịp sinh học đồng bộ với các tín hiệu môi trường (ánh sáng, nhiệt độ) về thời gian thực tế trong ngày, nhưng chúng vẫn tiếp tục ngay cả khi không có tín hiệu.

Trong khi đó, cơ chế cân bằng nội môi sẽ theo dõi và quyết định xem cơ thể cần nghỉ ngơi vào lúc nào và trong bao lâu. Cơ chế điều hòa giấc ngủ cân bằng môi trường nhắc cơ sở đi ngủ sau một thời gian nhất định và điều chỉnh cường độ giấc ngủ. Cơn buồn ngủ này trở nên mạnh mẽ hơn mỗi giờ bạn thức dậy và khiến bạn ngủ lâu hơn và sâu hơn sau một thời gian thiếu ngủ. Khoa học giấc ngủ cho rằng trạng thái thức càng duy trì lâu, tương đương áp lực nội môi sẽ tăng dần liên tục cho đến khi con người rơi vào giấc ngủ hoàn toàn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến nhu cầu thức giấc ngủ của bạn bao gồm tình trạng y tế, thuốc điều trị, tâm lý, môi trường ngủ và những gì bạn ăn uống. Trong các yếu tố môi trường, ánh sáng ảnh hưởng rất nhiều tới giấc ngủ của chúng ta. Các tế bào tế bào đặc biệt trong mắt bạn xử lý ánh sáng và báo cáo cho không biết đó là ngày hay đêm và có thể đưa hoặc trì hoãn cơ thể đi vào giấc ngủ. Tiếp xúc với ánh sáng có thể tạo cho bạn khó ngủ và trở lại giấc ngủ khi thức dậy.

Những người làm ca đêm thường khó ngủ khi đi ngủ và khó ngủ khi làm việc vì nhịp sinh học tự nhiên và chu kỳ ngủ-thức của họ bị gián đoạn. Trong trường hợp jet lag (lệch múi giờ – thường gặp ở người hay đi du lịch hoặc công tác), nhịp sinh học trở nên không đồng bộ với thời gian trong ngày khi mọi người bay đến một múi giờ khác, tạo ra sự không khớp giữa đồng hồ bên trong của họ và đồng hồ thực tế.

Vai trò của gen và hormone đối với giấc ngủ

Tín hiệu hóa học để ngủ

Nhiều nghiên cứu khoa học về giấc ngủ đã cho thấy các cụm tế bào thần kinh thúc đẩy giấc ngủ ở nhiều phần của não trở nên hoạt động mạnh hơn khi chúng ta chuẩn bị đi ngủ. Các hóa chất truyền tín hiệu thần kinh được gọi là chất dẫn truyền thần kinh có thể “tắt” hoặc làm giảm hoạt động của các tế bào báo hiệu sự hưng phấn, giúp cơ thể thư giãn.

GABA có liên quan đến giấc ngủ, thư giãn cơ và an thần. Norepinephrine và orexin (còn gọi là hypocretin) giữ cho một số bộ phận của não hoạt động khi chúng ta thức. Các chất dẫn truyền thần kinh khác hình thành nên giấc ngủ và sự tỉnh táo bao gồm acetylcholine, histamine, adrenaline, cortisol và serotonin.

Gen và giấc ngủ

Gen có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc chúng ta cần ngủ bao nhiêu giờ. Các nhà khoa học giấc ngủ đã xác định được một số gen liên quan đến giấc ngủ và rối loạn giấc ngủ, bao gồm các gen kiểm soát tính dễ bị kích thích của tế bào thần kinh và các gen “đồng hồ” như Per, tim và Cry ảnh hưởng đến nhịp sinh học và thời gian ngủ của chúng ta.

Các nghiên cứu liên kết trên toàn bộ bộ gen đã xác định được các vị trí trên các nhiễm sắc thể khác nhau làm tăng khả năng chúng ta dễ bị rối loạn giấc ngủ. Ngoài ra, các gen khác nhau đã được xác định gây ra các chứng rối loạn giấc ngủ như rối loạn giai đoạn ngủ tiến triển mang tính chất gia đình, chứng ngủ rũ và hội chứng chân không yên.

Một số gen biểu hiện ở vỏ não và các vùng não khác thay đổi mức độ biểu hiện giữa lúc ngủ và lúc thức. Một số mô hình di truyền – bao gồm giun, ruồi giấm và cá ngựa vằn – đang giúp các nhà khoa học xác định các cơ chế phân tử và các biến thể di truyền liên quan đến giấc ngủ bình thường và rối loạn giấc ngủ. Nghiên cứu bổ sung sẽ cung cấp sự hiểu biết tốt hơn về kiểu ngủ di truyền và nguy cơ rối loạn giấc ngủ và sinh học.

>> Theo dõi trang Fanpage của chúng tôi để biết thêm thông tin về cách bạn có thể đạt được giấc ngủ ngon mỗi đêm, đồng thời bạn cũng có thể tham gia trò chuyện và nhận tư vấn miễn phí từ đội ngũ dược sĩ của A&C Pharma.

Theo National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS)