James Krueger – kui korraga magab vaid osa ajust ({{contentCtrl.commentsTotal}})

James Krueger.
James Krueger. Autor/allikas: ERR

Vajadus magada on elusorganismide üks suuremaid mõistatusi. Mõne aasta eest suutis Washingtoni ülikooli teadlane James Krueger jõuda kolleegidega mehhanismini, mis rakkude energiavaluutaks olevad ATP molekulid ajuaktiivsuse ja unega sidus, toetades hüpoteesi, et uni on lokaalne nähtus. ERR'ile antud intervjuus räägib Krueger lokaalse une teooriast ja uneteaduse tulevikusuundadest.

Algusest alustades, kuidas Te uneteaduse juurde sattusite? See ei olnud Teie esimene valik...

Minu magistrikraadi saamiseks tehtud töö polnud üldse unega seotud. See käsitles lõhnataju biokeemilisi aluseid. Minu juhendaja mentor liitus aga ühe teise ülikooli uneprojektiga ja minu juhendaja saatis mind koos John Peppenheimeriga tema mentori juurde intervjuule, et jagada granti uneni viivate ühendite isoleerimiseks. Toona ei teadnud ma unest mitte midagi, peale selle, et ma seda igal öösel tegin. See oli 1974. aastal, 40 aastat tagasi.

Lokaalse une teooriale hakkas hoogsalt tõendusmaterjali kogunema 2000. aastate alguses. Mis sellele teed sillutas?
Me töötasime koos Ferenc Obáliga aastaid enne seda kasvuhormooni kallal, mis unehormooni vabastas, ja mõtisklesime toonase peamise uneteaduse paradigma puudujääkide üle. Selle kohaselt sunnivad regulatoorsed võrgustikud suikuma tervet aju. 1990. aastate alguses avaldasime esimesed lokaalse une teooriat kirjeldavat tööd. Üks selle ennustusi oli, et ajupiirkond, mille aktiivsust ärkveloleku ajal rohkem ergutatakse, magab sügavamalt. Seda kinnitati 1994. aastal. Muidugi oli see pisike fakt, mida keegi ei uskunud.

Ent järgnevalt leiti ka teistes laborites, et une intensiivsust peegeldavad deltalained on tõepoolest eelnevalt mõjutatud piirkondades kõrgemad. Järgmised kümme aastat ei juhtunud suurt midagi. Nüüd on see populaarne teooria ja (ajupiirkonna) kasutamisest sõltuvat und uuritakse mitmetes laborites.

Sellest sõltumatult oli minu labor vahepeal tsütokiinidega tehtud katsetes leidnud, et neid ühele ajupoolkerale viies on deltalained teisest poolkerast kõrgemad. See tundus loogiline. (Immuunsüsteemi tööd mõjutavad valgud soodustavad uinumist. See on ka põhjus, miks inimesed end haigena unisena tunnevad.) Samuti leidsime, et see sõltus rangelt unestaadiumist – REM-une ega ärkveloleku ajal vahet näha ei olnud. Katsega tõestasime, et poolt aju on võimalik teisest poolest eraldi reguleerida.

Seda võis järeldada ilmselt ka delfiinide uneharjumuste põhjal. Te ei peatunud aga seal...
Järgmine samm oli ajukoore sammaste (cortical columns) kallale asumine. Inimestel on neid umbes sada tuhat. Meie kasutasime mudelina roti somatosensoorset ajukoort, mis hangib teavet loomale ülitähtsatest vurrudest, mis on nagu inimestele silmad. Iga vurru kogutav teave saadetakse kindlasse ajukoore sambasse, mida saab elektroodide ja ajukoore elektrilise aktiivsuse alusel piiritleda. Mees nimega Dave Rector leidis, et kui üksikut vurru keerutada, siis tekitab see kindla vastuse, mis sõltub sellest, kas loom magab või mitte.

Ta märkas, et ajal, kui loom magab, on suikunud seisundis 80-90 protsenti sammastest. Ärkvel olles on neist 80-90 protsenti ärkvel. Mitte kunagi polnud kõik ajukoore sambad ärkvel või suikunud. Siit selgus, et uni on pigem statistiline nähtus. Nii võtsime me kindlale sambale omase und reguleeriva ühendi ja kandsime seda samale sambale. Me näitasime vurru keerutades, et saime sellega selle une-sarnasesse seisundisse viia.

Lisaks tegi Rector kindlaks, et mida kauem sammas ärkvel on olnud, seda tõenäolisem on, et see tulevikus suikub. 2013. aastal avaldas ta kõige tähtsama katse tulemused, kus ta seostas sukroosi lahuse lakkumise kindla vurru keerutamisega. Ta leidis, et kui loom oli muidu ärkvel, kuid vurrult teavet saav sammas uinus, siis tegi loom sagedamini vigu. Kui see aga kaks minutit hiljem ärkvel oli, ei eksinud rott kordagi. Üks suikunud ajukoore sammas muutis terve looma käitumist.

Kuidas see aju biokeemiaga seostus?
Meil oli selle selgitamiseks mudel. Me teadsime kirjandusest, et neuronite ja gliiarakkude aktiivsus seostub tserebospinaalses vedelikus leiduvate ATP-molekulidega. Need teevad kahte asja – aheldavad ennast spetsiifiliste retseptorite külge ja mõjutavad rakuväliseid ensüüme. Neist kaks osalevad ATP'de lõhustamises adenosiiniks. See juhtub sekunditega. Adenosiini oli aga juba ajuaktiivsuse regulatsiooniga seostatud. Samuti oli teada, et ATP-molekulide retseptorite külge kinnitumisel vabastavad gliiarakud tsütokiine.

Tsütokiinid aheldavad end omakorda nende enda retseptoritega, mis vallandab uusi molekule, Muu hulgas tuumafaktorit kappa-A, mis reguleerib adenosiini ja glutamiini retseptori ehitamise eest vastutava geeni avaldumist. Retseptorid omakorda osalevad une regulatsioonis. See võtab aega tunni. Ent see muudab neuronite tundlikkust. Sama sisendiga saab teise väljundi, mis viibki seisundite erinevuseni. Kui hüpotees paika peab, siis saab seda kõike katseklaasis näidata.

Te olete avaldanud lootust, et une saladused suudetakse lahti muukida järgmise kümne aastaga. Milliste probleemidega ajuteadlased teooriate proovile panemisel silmitsi seisma peavad?
On teooriad, mis käsitlevad seda, mis ajus täpselt magab. Meie teooria on selles suhtes kena ja väga selgelt piiritletud. Uni on algselt rohketest osistest tõusev neuronite võrgustiku omadus. Seda ei saa ühe rakuga juhtuda. See on kontrollitav ja me teeme seda nii katseklaasis kui organismisiseselt.

Teised kontrollitavad teooriad puudutavad une aluseks olevat biokeemiat ehk millised molekulid selles osalevad. Need on nüüdseks väga keerukaks muutunud. Mitmed laborid, kellega meie vaidlesime ja kes meiega vaidlesid, on nüüdseks leppinud, et meil kõigil on õigus ja tegu on keeruka seoste võrgustikuga.

Tõenäoliselt kõige tähtsamad teooriad, mille üle ka kõige enam vaieldakse, üritavad vastata küsimusele, miks meil üleüldse uneseisund sellisena on. Meie vaade pole kaugeltki unikaalne. See puudutab neuronite vahelisi ühendusi ja sünaptilist tõhusust. Teistel on palju teisi ideid ja ma arvan, et neist mitmed on õiged, aga need ei ole ilmselt siiski need, miks uni evolutsiooniliselt tekkis.

Nagu näiteks? Millega une funktsiooni selgitav teooria hakkama peaks saama?
Näiteks see, et uni säästab kaloreid. Uni teeb tõepoolest seda ja võiks seeläbi olla ka evolutsiooniline põhjus. Ent kalorite säästmiseks pole seda ilmtingimata tarvis. Sama hästi oleks võinud (organismid) kohanduda eluks külmas vees ja end selles hoidmisega rohkelt kaloreid säästa. Samuti pole head põhjust, miks on seejuures vajalik olla teadvuseta, kuna see suurendab võimalust kiskjate ohvriks langeda. Iga une funktsiooni selgitada püüdev teooria suutma vastata küsimusele, miks on teadvusetus tingimata uneks vajalik

Muidugi on nende kontrollimisega vaikselt alustatud. Näiteks närvirakkude sünapsite ühenduvust ja sünaptilist tõhusust käsitletavat teooriat on hakatud testima mitmetes laborites. Ent sellega on vaja veel tööd teha. Põhimõtteliselt annab see aga siiski põhjuse, miks meil und vaja on.

Aju plastilisus sõltub kasutajast ja sellega on seotud terve rida molekule, mille sünteesimine sõltub närvitegevusest. Neist mitmed mõjutavad omakorda tõestatult sünaptilist tõhusust ja isegi närvijätkete arvu. Nii võib olla ühel ajahetkel väljund, mis on sellel hetkel mõistlik. Inimene näeb tiigrit ja hakkab ära jooksma. Kui aga sisendid mõjutavad (neuronite) võrgustikku ja selle aktiivsuse tõttu muutub ka retseptorite populatsioon, siis muutub ka väljund. Lõpuks pole sellel algse kohastumisega midagi pistmist. Tiigrit nähes hakkad hoopis looma poole jooksma.

On loogiline, et see võiks juhtuda. Ja juhtubki, seda on näidanud nii organismis kui katseklaasis tehtud katsed. Ajurakke järjepidevalt samamoodi stimuleerides saame lõpuks teise väljundi. Nii peab leiduma mingi ajavahemik, mille vältel süsteemi algne olek taastatakse, kui see pole enam kohanemisvõimeline. See teooria annab seletuse, miks taolist tegevusetust ja teadvuseta olekut vaja on. Ma arvan, et seda ei paku ükski teine teooria ja me ei räägi isegi teadvuse olemusest!

Mainisite eelnevalt, et uni on neuronite võrgustiku omadus. Kui väike see rühm olla võib? Mäletatavasti avaldas Vladyslav Vyazovskiy kolleegidega 2011. aastal töö, kus demonstreeris lokaalses unes olevate neuronite olemasolu.
Ei, nad ei teinud seda. Selles pole mingit kahtlust. Kui vaadata ajurakkude populatsiooni, siis leidub seal ikka neuroneid, mille aktiivsus teistega koos ei lange. Me oleme seda teadnud pikka aega ja Vlad on seda kaaslastega ka elegantselt näidanud

Ent kui nad räägivad üksikutest magavatest neuronitest, siis satuvad nad segadusse, kuna nad räägivad 'sisse' ja 'välja' seisunditest. Mitte-REM-und defineerib just 'sisse' ja 'välja' seisundite vaheline võnkumine, mitte 'väljas' olek. Just see annab meile aeglased lained. Just nii, nagu 'sees' seisund pole ärkvelolek, pole ka 'väljas' olek magamine. Pealegi kestab see vähem kui pool sekundit, misläbi peaks une definitsiooni muutma. Kuigi ta (Vyazovskiy) ei ütle seda otse välja, jääb tema juttu kuulates siiski mulje, et 'väljas' seisund on unega võrdsustatav. Ja ta teab seda (muigab).

Me saame näidata, et osadel rakkudel võivad olla lühikesed aktiivsuspuhangud, mil teistel elektriline potentsiaal puudub, aga siis pole tegu võrgustikega. Seega usun ma, et uni pole üksikute rakkude omadus. Keegi pole veel näidanud, et üksiku ajuraku aktiivsus mõjutab käitumist. Isegi väga väikese võrgustiku nagu ajukoore samba puhul saab kinnitada, et selle seisund seostub teatud käitumisega. Kuid ma arvan, et me ei suuda eales eksperimentaalselt näidata, et seda suudab mõjutada üksik neuron. Tõenäoliselt pole mul õigus, aga selleks ajaks olen ma juba ammu surnud.

Viimastel aastatel on ilmunud terve rida uurimusi, milles on vaatluse alla võetud unepuuduse ja geenide avaldumises nähtavate muutuste vahelised seosed. Kas taolisi suhteliselt hiljuti kättesaadavaks muutnud geneetilisi meetodeid võiks näha uue aknana, mille kaudu une biokeemiale uut valgust heita?
Kahtlemata. Ent see kätkeb endas teatavat ohtu. Me juba teame, et genotüüpi uurides saab otsida SNPsid ehk üksiku nukleotiidi polümorfisme. Nende uurimisega saab leida, milles inimesed õigupoolest head on ja milline nende võimekus kindlatel aladel olle võiks. Mõnede inimeste sooritusvõime ei lange unepuuduse mõjul nii palju kui teistel, näiteks minul. Ent kui sa värbad pilooti või sõjaväelast, siis tahad sa just sellist inimest. Nii saab tööandja kasutada verel uurimisel põhinevaid teste, mis võib viia diskrimineerimiseni.

Ameerika Ühendriikides on juba vähemalt üks organisatsioon, kes midagi taolist kasutab. Mereväe eriüksusesse SEAL kandideerijad saavad teha testi, milles uuritakse teatud SNPsid ja tuuakse välja, kui tõenäoline on, et teatud SNPdega inimesed väljaõppe edukalt läbivad. Lõplik otsus on aga kandideerijate enda langetada. Ma olen kuulnud, et enamik 'ebasobivate' SNPdega inimestest loobuvad juba alguses.

Kui aga kindlustusfirmad regulaarselt sarnaseid analüüse kasutama hakkaks, siis lõpetaksid nad lõpuks riskigruppi kuuluvate inimeste teenindamise. Seepärast pakuvad tsiviliseeritud maades tavaliselt tervisekindlustust riigid ise. Mitte küll USAs, mis on ka põhjuseks, miks ameeriklased nii kiivalt oma pärilikkusainet valvavad.

Ent teisest küljest on see väga huvitav informatsioon. Eriti kui tead, milline geenipopulatsioon kellelgi on. Kui neist mõni ennustab laste sooritusvõimet koolis ja tead, kuidas neid mõjutada, siis saaksid sa nende sooritusvõimet parandada. Kuid isegi siis peab küsima, kas sina, valitsus või mingi organisatsioon peaks seda ikka tegema. Ma olen ettevaatlikul seisukohal, aga see on intellektuaalselt nii pagana huvitav, et ma pole kindel, kas sellest suudetakse hoiduda.

Kui lootusrikas Te viimase aja suuremate ajuprojektide Brain Iniative ja Big Brain Project suhtes olete?
Mingis suhtes täidavad need kindlasti neile pandud ootusi, kuna panevad inimesed koos töötama ja see on alati teretulnud. USAs on see küllaltki loomulik, kuna teadustöötajad pole lojaalsed mitte oma ülikoolile, vaid raha eraldanud agentuurile. Raha saamiseks pead sa paljusid inimesi teadma ja nendega suhtlema. Kui tahad midagi teha, mida sa pole varem teinud, siis pead otsima labori, kes on seda juba teinud ja nendega koostööd tegema. Mitte kellelgi pole enam piisavalt palju oskusteavet, et ise kõiki vajalikke teadusharusid katta.

Euroopa süsteem töötab ka hästi, vähemalt nii palju, kui ma näinud olen. Peaaegu iga projekt hõlmab inimesi kolmest-neljast riigist. Euroopa on teatud mõttes hästi integreeritud. Ma oletan, et see on nii, kuna eurooplased on üksteisega kaua sõdinud ja seetõttu on nad ka palju diplomaatilisemad kui ameeriklased. (naerab). Ühendriikides kaldume me töötama oma lähinaabritega, välisriikidest tihedamalt Kanadaga, kuid üha rohkem ka Mehhikoga.

Ja viimaks, milliseid unealaseid soovitusi Te tüüpilisele inimesele annaksite?
Võiks vältida olukorda, kus unepuudus juba su argielu mõjutama hakkab. Kerge on öelda, et maga siis rohkem. Mõned saavad kergesti oma käitumist muuta ja lähevad varem magama või joovad vähem kohvi. Teiste jaoks see aga nii lihtne pole. Kui tüüpilised käitumisviisi muutmise katsed ebaõnnestuvad, siis tuleb paratamatult arsti juurde pöörduda.

Ent uneuurijad suhtuvad unerohtudesse ettevaatusega, kuna neist mitte ükski pole täiesti ideaalne. Muidugi on tänapäevased ravimid oluliselt paremad kui 40 aastat tagasi ja pole enam otseses mõttes eluohtlikud. Käitumise muutmine on sellegipoolest eelistatum.

Tihti on need lihtsad asjad. Lääne ühiskondades juuakse palju kohvi ja kofeiin hoiab sind paratamatult üleval. Sama kehtib alkoholi kohta. Väike kogus ei mõjuta tõenäoliselt und väga palju, aga suurem kogus kindlasti. Joobes autoõnnetusse sattumine on enamasti põhjustatud uinumisest, mitte alkoholi mõjul olukorra valesti hindamisest. Samal ajal langetab see unekvaliteeti. Seeläbi ei soovita seda paremini magamiseks ükski arst.

Tõsisem probleem on öises vahetusest öötavate inimestega, kuna see hõlmab juba ka ööpäeva rütme. Ettevõtted on hakanud vaikselt kasutama algoritme, mis nende olukorda leevendavad. Viis päeva järjest 00.00'st 8.00'ni töötamise ja nädalavahetuse vabaks andmise asemel pikendavad nad näiteks graafikut kümne päeva peale, et rohkem vaba aega oleks. Ja algoritme täiustatakse järjest.

16-20. septembril toimus Tallinnas Eurooopa Uneuurijate Ühingu konverents.

Intervjuud on tihendatud ja toimetatud.

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: