خواب تنها یک استراحت ساده نیست؛ بلکه دوره‌ای است که در آن مغز — چه در پستانداران و چه در زنبورها — اطلاعات را پردازش می‌کند، حافظه را تقویت می‌نماید و برای روز بعد آماده می‌شود. سال‌هاست که دانشمندان خواب را در پستانداران مطالعه کرده‌اند و به الگوهای پیچیده‌ای از فعالیت مغز در هنگام استراحت پی برده‌اند.
پژوهشی تازه با نگاهی متفاوت
در پژوهشی جدید، محققان دانشگاه ترنتو توجه خود را به موجودی کمتر مورد مطالعه معطوف کرده‌اند: زنبور عسل. یافته‌های آن‌ها، مرز بین خواب در انسان و حشره را کمرنگ کرده است.
مطالعه خواب در مغز زنبور عسل
چگونه مغز زنبور در خواب بررسی شد؟
تصور کنید یک زنبور عسل، بی‌حرکت به یک میکروسکوپ دو فوتونی متصل شده باشد و سر ظریفش زیر نگاه دقیق دانشمندان قرار گرفته باشد. در شب، زمانی که زنبورها به‌طور طبیعی به حالت استراحت می‌روند، پژوهشگران موفق شدند خاموشی مرموز نورون‌ها در لوب‌های شاخکی — مرکز بویایی مغز زنبور — را مشاهده کنند.
«برای اولین بار، آنچه در مغز زنبورهای عسل در حال خواب اتفاق می‌افتد را مشاهده کردیم و موفق به شناسایی وضعیت‌های شبکه‌ای نورونی شدیم که امضای خواب هستند.»
— البریشت هاسه، محقق اصلی
چه چیزی کشف شد؟
وقتی زنبور بی‌حرکت بود، شبکه‌های نورونی آن به حالتی آرام‌تر و هماهنگ‌تر تغییر حالت دادند — حالتی که به شکل عجیبی شبیه الگوهای خواب در مغز انسان است.
پردازش بو در طول خواب
ادراک بو در زمان استراحت چگونه تغییر می‌کند؟
همان‌طور که در خواب چشمانتان را می‌بندید و نفس عمیق می‌کشید، مغز شما حساسیتش نسبت به بوها کمتر می‌شود. این اتفاق در زنبورها نیز روی می‌دهد. در زمان استراحت، بخشی از مغز آن‌ها که مسئول درک بو است، آرام می‌گیرد و فقط به بوهای مهم واکنش نشان می‌دهد.
«ما نشان دادیم که در حالت‌های استراحت، شبکه‌های مغزی زنبورها به حالتی هماهنگ و با پردازش اطلاعات کاهش‌یافته می‌روند؛ مشابه آنچه در پستانداران رخ می‌دهد.»
— هاسه
نتیجه داده‌ها چه بود؟
داده‌هایی که طی چند شب جمع‌آوری شدند نشان دادند که زنبورها در خواب به حالتی با ادراک حسی کاهش‌یافته وارد می‌شوند. «صدای» مغز کم می‌شود و اتصالات نورونی به الگویی آهسته و ریتمیک تغییر می‌کند.
کشف الگوهای خواب در زنبورها
تجزیه‌وتحلیل امضای نورونی خواب
پژوهشگران توانستند امضای نورونی خواب را رمزگشایی کنند. آن‌ها با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، مدلی آموزش دادند که قادر بود بین حالت فعال و استراحت تمایز قائل شود. دقت این مدل؟ عدد شگفت‌انگیز ۹۳ درصد.
نقش گلمرولی‌ها در خواب زنبور
گلمرولی‌ها — خوشه‌های کوچک نورونی در لوب‌های شاخکی — فعالیت خود را در طول خواب هماهنگ کردند و الگوهایی شبیه «دوک‌های خواب» در پستانداران تشکیل دادند. در این وضعیت، لوب شاخکی که معمولاً در پاسخ به بو فعال می‌شود، به‌صورت هماهنگ پالس‌هایی ارسال کرد — مانند گروه کر که همگی یک نت را می‌خوانند.
شبیه‌سازی خواب زنبور
مدل رایانه‌ای مغز زنبور
پژوهشگران یک مدل محاسباتی طراحی کردند؛ یک مغز زنبور مجازی که الگوهای خواب مشاهده‌شده را تقلید می‌کرد. با عمیق‌تر شدن خواب، گلمرولی‌ها با شلیک همزمان همراه بودند و اتصالات مهاری بین نورون‌ها تضعیف شد.
نتیجه شبیه‌سازی چه بود؟
با کاهش هدایت سیناپسی، مدل توانست حالت خواب مشاهده‌شده در زنبورها را بازسازی کند. گلمرولی‌ها با هم پالس می‌زدند اما ارتباط آن‌ها سست‌تر شده بود؛ شبکه‌ای آماده برای سکوت و استراحت.
نقش گابا در خواب زنبور
گابا چیست و چه می‌کند؟
گابا (GABA) ماده‌ای شیمیایی در مغز است که به آرام‌سازی سلول‌های عصبی کمک می‌کند. در انسان، گابا فعالیت مغز را هنگام خواب کاهش می‌دهد؛ در زنبورها نیز همین اتفاق می‌افتد.
در این مطالعه مشخص شد که در طول خواب، نورون‌های مهاری موجود در لوب‌های شاخکی — که گابا ترشح می‌کنند — سیگنال‌های خود را کاهش می‌دهند. این کاهش باعث هم‌زمانی در شبکه‌های گلمرولی می‌شود، مشابه آنچه در خواب موجودات عالی‌تر دیده می‌شود.
تأثیر استرس بر خواب زنبورها
چرا خواب زنبورها مهم است؟
زنبورها فقط برای تولید عسل نیستند؛ آن‌ها نقش حیاتی در گرده‌افشانی گیاهان دارند و اکوسیستم‌ها را متعادل نگه می‌دارند. اما اگر خوابشان مختل شود چه؟ آفت‌کش‌ها، تغییرات اقلیمی و از بین رفتن زیستگاه‌ها می‌توانند الگوهای خواب را تغییر دهند و ممکن است پردازش حسی آن‌ها را دچار اختلال کنند.
«این کار از نظر عصب‌شناسی پایه اهمیت دارد، اما همچنین به پژوهش در زمینه سلامت گرده‌افشان‌ها در سطح جهانی کمک می‌کند.»
— هاسه
اگر خواب موجب تثبیت حافظه شود، اختلال در آن ممکن است نحوه‌ی یادآوری مسیر گل‌ها، رقص‌های هشداردهنده، یا واکنش به خطر را در زنبورها مختل کند. این مسئله می‌تواند تأثیرات عمیقی داشته باشد.
خواب و حافظه در زنبورها
زنبورها چگونه یاد می‌گیرند؟
تصور کنید یک زنبور در حال پرواز در مزرعه‌ای پر از گل‌هاست. او می‌داند کجا باید شهد را پیدا کند — نقشه‌ای ذهنی که طی خواب در ذهنش حک شده است.
«در طول خواب، زنبورها حافظه‌ای را که به آن‌ها کمک می‌کند تا نقشه شناختی برای یافتن منابع غذایی بسازند، تثبیت می‌کنند.»
— هاسه
در این مطالعه، پژوهشگران مشاهده کردند که فعالیت عصبی در لوب‌های شاخکی زنبور در طول خواب، الگوهایی را تکرار می‌کرد که در بیداری دیده شده بود؛ گویی مغز روز گذشته را دوباره تمرین می‌کرد.
تکامل الگوهای خواب
خواب زنبورها چه چیزی درباره ما می‌گوید؟
بیش از آنچه تصور می‌کنید. یافته‌ها نشان می‌دهند که الگوهای خواب بسیار زودتر از ظهور پستانداران در زمین شکل گرفته‌اند.
«زنبورهای عسل این امکان را فراهم می‌کنند که خواب را در سطح تک‌تک نورون‌ها بررسی کنیم — چیزی که در انسان ممکن نیست.»
— هاسه
اگر زنبورها و انسان‌ها الگوهای خواب مشابهی دارند، آیا دیگر ویژگی‌های خواب — مانند تثبیت حافظه و تنظیم حس‌ها — نیز مشترک‌اند؟ این احتمال بسیار هیجان‌انگیز است.
گام‌های بعدی در پژوهش خواب زنبورها
چه چیزهایی در آینده بررسی خواهند شد؟
این مطالعه هنوز به پایان نرسیده است. گام بعدی، بررسی تأثیر عوامل محیطی مانند آفت‌کش‌ها بر خواب زنبورهاست. همچنین مدل رایانه‌ای مغز زنبور توسعه داده خواهد شد تا بتوان اختلالات شبکه‌ای را روی پردازش حسی بررسی کرد.
خواب؛ زبان مشترک حیات؟
در نهایت هدف این است که به درک عمیق‌تری از زبان جهانی خواب دست یابیم. و اگر زنبورها می‌توانند رؤیا ببینند، به چه می‌اندیشند؟ عطر گل‌ها؟ گرمای کندو؟ یا شاید هم زمزمه‌ای دوردست از کیهان که در سکوت بین نورون‌ها پژواک دارد؟
این پژوهش در مجله Neural Networks منتشر شده است.
