Giấc ngủ do cơ quan nào qui định?

Giấc ngủ là một phần thiết yếu của cuộc sống, chúng giúp cơ thể tái tạo sau mỗi ngày làm việc. Tuy nhiên, giấc ngủ không diễn ra tự nhiên mà chúng được điều chỉnh thông qua những cơ chế sinh học phức tạp gồm nhịp sinh học, hệ thần kinh trung ương, hormone điều hòa và gen.

Nhịp sinh học

Nhịp sinh học giúp con người có khả năng ngủ vào ban đêm và duy trì trạng thái thức trong khoảng 16 giờ mỗi ngày. Nhịp sinh học do đồng hồ sinh học nằm trong các cơ quan trên khắp cơ thể kiểm soát. Nhân trên thị giác (Suprachiasmatic Nucleus – SCN) điều khiển những đồng hồ này. Nhân trên thị giác gồm một nhóm tế bào thần kinh nằm tại vùng dưới đồi, phía trên giao điểm dây thần kinh thị giác của hai mắt. Khi ánh sáng chiếu vào mắt, võng mạc gửi tín hiệu đến SCN để kích hoạt hàng loạt phản ứng sản xuất và ức chế hormone. Những phản ứng này ảnh hưởng đến đến nhiệt độ cơ thể, cảm giác thèm ăn và nhu cầu ngủ.

Vào buổi sáng, ánh sáng mặt trời làm cơ thể tăng nhiệt độ và giải phóng cortisol khiến chúng ta tỉnh táo và thức dậy. Lúc này, SCN sẽ ức chế sản xuất melatonin—một loại hormone gây buồn ngủ. Khi mặt trời lặn, SCN bắt đầu sản xuất melatonin, đồng thời nhiệt độ cơ thể thấp hơn làm giảm sự tỉnh táo.

Giấc ngủ mang lại hiệu quả phục hồi sức khỏe cao nhất khi nhịp sinh học phù hợp với chu kì ánh sáng. Nếu bạn không ngủ khi cơ thể báo hiệu đã đến giờ ngủ hoặc nếu bạn ngủ quá dài vào ban ngày, nhịp sinh học có thể bị mất cân bằng với chu kì ngày-đêm.

Một số lí do dẫn đến mất cân bằng nhịp sinh học như:

• Làm việc theo ca
• Thay đổi múi giờ
• Bệnh lí
• Căng thẳng kéo dài
• Môi trường ngủ kém (chứa tiếng ồn, ánh sáng mạnh)

Mất cân bằng giữa nhịp sinh học và môi trường trong thời gian dài có thể gây ra mất ngủ, từ đó sức khỏe và tinh thần bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

Một số cấu trúc não liên quan đến giấc ngủ

Vùng dưới đồi

Vùng dưới đồi là cấu trúc có kích thước bằng hạt đậu phộng nằm sâu bên trong não, chúng gồm các nhóm tế bào thần kinh có chức năng kiểm soát giấc ngủ và trạng thái thức. Bên trong vùng dưới đồi chứa nhân trên thị giác (Suprachiasmatic Nucleus – SCN), chúng nằm phía trên điểm giao nhau giữa hai dây thần kinh thị giác của hai mắt. Nhân trên thị giác có chức năng tiếp nhận thông tin ánh sáng từ võng mạc và kiểm soát nhịp sinh học trong cơ thể.

Một số người bị tổn thương cấu trúc SCN không thể duy trì trạng thái thức-ngủ bình thường vì nhịp sinh học của họ lệch với chu kì ngày-đêm. Tuy nhiên, điều thú vị là đa phần người mất thị lực vẫn có khả năng cảm nhận ánh sáng để giúp họ điều chỉnh chu kì ngủ-thức của mình.

Ảnh: Tế bào thần kinh
Nguồn: Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development

Thân não

Thân não bao gồm cấu trúc hành não, cầu não và não giữa. Thân não kiểm soát quá trình chuyển đổi giữa trạng thái thức và ngủ. Các tế bào thần kinh thúc đẩy giấc ngủ tại vùng dưới đồi và thân não sản xuất GABA (Gamma-Aminobutyric Acid). GABA làm những tế bào thần kinh khác giảm hoạt động, do đó cơ thể thiếu tỉnh táo và chuẩn bị cho trạng thái nghỉ ngơi.

Bên cạnh đó, thân não có chức năng quan trọng đối với giấc ngủ REM, đặc biệt phần cầu não và hành não. Chúng gửi tín hiệu thư giãn và gây tê liệt tạm thời các cơ để ngăn chúng ta không hành động theo giấc mơ. Cơ chế này giúp cơ bắp không phản ứng theo những hoạt động diễn ra trong giấc mơ như chạy, nhảy hoặc đánh nhau, qua đó bảo vệ cơ thể và giữ tư thế ngủ ổn định. Nếu cơ chế này hoạt động sai cách có thể dẫn đến rối loạn hành vi giấc ngủ REM. Người bệnh có thể thực hiện các hành động vật lí trong giấc mơ, dẫn đến gây nguy hiểm cho bản thân hoặc người xung quanh.

Đồi thị

Đồi thị có chức năng gửi và nhận thông tin từ các giác quan đến vỏ não. Vỏ não là nơi giải thích, xử lí trí nhớ ngắn hạn và dài hạn. Trong phần lớn các giai đoạn của giấc ngủ, đồi thị ít hoạt động giúp cơ thể dễ dàng đi vào giấc ngủ sâu và không bị các âm thanh hoặc tín hiệu bên ngoài đánh thức.

Tuy nhiên, đồi thị hoạt động trở lại trong giấc ngủ REM. Chúng gửi tín hiệu bao gồm hình ảnh, âm thanh và cảm giác đến vỏ não. Cơ chế này giải thích tại sao giấc mơ diễn ra trong giấc ngủ REM vì khi đó, não bộ “tái hiện” những hình ảnh và trải nghiệm từ quá khứ hoặc tạo ra các kịch bản mới.

Tuyến tùng

Tuyến tùng nằm giữa hai bán cầu của não, chúng nhận tín hiệu sản xuất hormone melatonin từ SCN khi ánh sáng giảm xuống, qua đó làm chúng ta cảm thấy buồn ngủ. Người ta nhận thấy nồng độ melatonin dao động lên xuống theo thời gian giúp đồng bộ nhịp sinh học của cơ thể với chu kì sáng–tối bên ngoài.

Vùng não trước nền và não giữa

Vùng não trước nền nằm phía trước não phối hợp với não giữa giúp cơ thể chuyển đổi giữa hai trạng thái ngủ và tỉnh táo. Não giữa giữ cho cơ thể duy trì tỉnh táo vào ban ngày.

Khi tế bào hoạt động, chúng sẽ phân hủy ATP và giải phóng năng lượng. Quá trình này tạo ra sản phẩm phụ là adenosine. Trong não, adenosine tích lũy dần và tạo nên áp lực ngủ tự nhiên vào cuối ngày. Khi mức adenosine tăng lên, chúng gắn vào thụ thể đặc hiệu và làm ức chế tế bào thần kinh trong não giữa, do đó gây ra cảm giác buồn ngủ.

Caffeine là chất kích thích có trong cà phê và một số loại đồ uống. Chất này có khả năng ngăn adenosine liên kết với thụ thể thần kinh. Vì vậy, não bộ không nhận được tín hiệu buồn ngủ và người uống cà phê cảm thấy tỉnh táo hơn mặc dù cơ thể báo hiệu cần nghỉ ngơi.

Hạch hạnh nhân

Hạch hạnh nhân là cấu trúc hình quả hạnh nhân trong não. Nó tham gia vào quá trình xử lí cảm xúc trong giấc ngủ REM.

Vai trò của gen và chất dẫn truyền thần kinh

Chất dẫn truyền thần kinh

Các cụm tế bào thần kinh thúc đẩy giấc ngủ trong não hoạt động mạnh hơn khi chúng ta chuẩn bị ngủ. Bên cạnh đó, chất dẫn truyền thần kinh (chất truyền tín hiệu giữa các tế bào thần kinh) có thể ức chế hoặc làm giảm hoạt động của những tế bào thần kinh duy trì trạng thái tỉnh táo, qua đó giúp cơ thể thư giãn và chuẩn bị cho giấc ngủ.

Một số chất dẫn truyền thần kinh liên quan đến giấc ngủ bao gồm

• GABA: có tác dụng ức chế hoạt động của các tế bào thần kinh khác, giúp làm giảm mức độ tỉnh táo và tạo cảm giác buồn ngủ
• Norepinephrine và orexin: khác với GABA, hai chất này giữ cho một số bộ phận trong não hoạt động, qua đó đảm bảo cơ thể phản ứng kịp thời với các kích thích bên ngoài

Các chất dẫn truyền thần kinh khác như acetylcholine, histamine, adrenaline, cortisol, serotonin cũng tham gia điều chỉnh trạng thái ngủ và tỉnh táo. Mỗi chất đều có tác dụng riêng biệt, chúng tác động đến cảm giác buồn ngủ, mức độ tỉnh táo và khả năng phục hồi cơ thể trong giấc ngủ với mức độ khác nhau.

Gen và giấc ngủ

Gen có thể ảnh hưởng đến nhu cầu giấc ngủ của mỗi người. Người ta nhận thấy một số gen như Per, tim và Cry có thể điều chỉnh nhịp sinh học, ảnh hưởng đến thời điểm chúng ta đi ngủ và thức dậy. Bên cạnh đó, người ta phát hiện một số gen gây ra các bệnh lí về giấc ngủ như rối loạn giấc ngủ, hội chứng ngủ sớm gia đình, chứng ngủ rũ và hội chứng chân không yên, qua đó cho thấy yếu tố di truyền cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến giấc ngủ.

Một số gen tại vỏ não hoặc các cấu trúc não khác thay đổi mức độ biểu hiện giữa trạng thái ngủ và thức, do đó chúng tác động đến chức năng của não trong từng trạng thái khác nhau. Hiện nay, người ta đang sử dụng các mô hình sinh học như giun, ruồi giấm và cá ngựa để nghiên cứu cơ chế phân tử và biến thể di truyền liên quan đến giấc ngủ.

Lời kết

Giấc ngủ được quản lí chặt chẽ thông qua nhịp sinh học, não bộ, gen và chất dẫn truyền thần kinh. Vùng dưới đồi và hormone melatonin có vai trò đặc biệt quan trọng đối với quản lí và duy trì chu kì giấc ngủ. Nghiên cứu về giấc ngủ giúp chúng ta nhận thức rõ hơn về chức năng của giấc ngủ, qua đó điều chỉnh lối sống để duy trì cơ thể khỏe mạnh và tinh thần minh mẫn.