Giấc ngủ là gì: não và cơ thể làm gì trong lúc ta ngủ

Giấc ngủ là trạng thái tạm ngắt kết nối với thế giới bên ngoài, có thể đánh thức được, lặp lại mỗi ngày theo nhịp và được cơ thể chủ động điều khiển — không phải lúc "tắt máy". Trong lúc ta ngủ, não vẫn chạy theo những chu kỳ rất đều, hạ nhiệt độ cơ thể, nhịp tim, huyết áp, tiết các hormone theo lịch riêng và sắp xếp lại những gì đã diễn ra trong ngày.

Bài này đi qua những gì nhà khoa học đã đo được về đêm của một người bình thường: từ cái "công tắc" ngủ trong não, những thay đổi của tim, phổi, thân nhiệt, cho tới vì sao ngủ say mà nghe gọi tên mình vẫn giật mình tỉnh dậy.

Thế nào thì được gọi là "đang ngủ"

Nghe thì hiển nhiên, nhưng các nhà sinh học phải đặt ra tiêu chí rõ ràng, nhất là khi nghiên cứu động vật không thể hỏi "anh có buồn ngủ không". Một trạng thái được coi là ngủ khi có đủ mấy dấu hiệu:

• Giảm phản ứng với kích thích: tiếng động nhỏ, ánh sáng nhẹ không làm cá thể đáp lại như lúc thức.
• Đảo ngược nhanh: lay mạnh là tỉnh. Đây là chỗ khác hẳn với hôn mê hay gây mê.
• Tư thế và chỗ ngủ riêng: người nằm xuống, mèo cuộn tròn, chim co một chân.
• Có điều tiết cân bằng: thiếu ngủ thì lần sau ngủ bù sâu hơn, lâu hơn.
• Theo nhịp: xuất hiện vào một khoảng giờ quen thuộc trong ngày.

Ở người, ngoài mấy dấu hiệu đó, ta còn có thước đo trực tiếp: điện não đồ (EEG). Sóng não lúc ngủ có hình dạng khác lúc thức, và chính hình dạng ấy cho phép chia đêm ngủ thành các giai đoạn N1, N2, N3 và REM — chuyện được kể kỹ trong bài về chu kỳ giấc ngủ.

Cái công tắc ngủ – thức trong não

Lúc ta thức, một loạt cụm tế bào ở thân não và vùng dưới đồi liên tục "bơm" chất truyền tin lên vỏ não để giữ nó tỉnh táo: noradrenaline, serotonin, histamine, acetylcholine, dopamine. Đây là lý do thuốc kháng histamine đời cũ trị dị ứng hay gây buồn ngủ — nó chặn một trong những dòng giữ tỉnh này.

Khi đến giờ ngủ, một nhóm tế bào nằm ở phía trước vùng dưới đồi, gọi là nhân trước thị bụng bên (VLPO), bắt đầu hoạt động và tiết GABA — chất ức chế — để dập các cụm giữ tỉnh. Hai phe ức chế lẫn nhau. Nhà thần kinh học Clifford Saper và cộng sự mô tả cách bố trí này như một công tắc lật (flip-flop): phe nào thắng thì phe kia tắt hẳn, nên ta chuyển giữa thức và ngủ tương đối dứt khoát chứ không lửng lơ hàng giờ ở giữa.

Còn một mảnh nữa giữ cho công tắc không lật lung tung: orexin (còn gọi hypocretin), do một nhóm nhỏ tế bào ở vùng dưới đồi bên tiết ra, phát hiện năm 1998. Orexin như cái chốt giữ trạng thái thức ổn định. Người mất các tế bào này mắc chứng ngủ rũ — đang ăn, đang nói chuyện cũng có thể chìm vào giấc ngủ.

Cái gì quyết định lúc nào công tắc lật? Hai lực: áp lực ngủ tích dần theo số giờ thức (một phần nhờ chất adenosine) và đồng hồ sinh học chạy theo ngày đêm. Hai lực này có bài riêng, vì chúng giải thích được rất nhiều chuyện đời thường như cơn buồn ngủ sau bữa trưa hay cảm giác "tỉnh lại" lúc rạng sáng sau một đêm thức trắng.

Não không nghỉ, não đổi việc

Một hiểu lầm phổ biến là ngủ thì não nghỉ. Đo năng lượng cho thấy khác: trong giai đoạn ngủ sâu sóng chậm, não dùng ít năng lượng hơn lúc thức, nhưng trong giấc REM, mức hoạt động của nhiều vùng gần như ngang lúc tỉnh, có vùng còn cao hơn.

Điều thay đổi là kiểu hoạt động. Lúc thức, các tế bào vỏ não bắn tín hiệu lệch nhịp nhau, mỗi nhóm lo một việc. Lúc ngủ sâu, hàng triệu tế bào cùng lúc im rồi cùng lúc bừng lên, tạo thành những sóng chậm và cao trên điện não đồ. Trong những nhịp đồng bộ ấy, não làm những việc khó làm lúc đang bận tiếp nhận thông tin:

• Củng cố những gì đã học trong ngày (chuyện giấc ngủ và trí nhớ được bàn kỹ ở wiki khác trong hệ).
• Điều chỉnh lại độ mạnh của các khớp nối thần kinh sau một ngày "học" liên tục.
• Tăng dòng dịch não tuỷ chảy qua mô não — giả thuyết "dọn rác" của hệ glymphatic.

Cơ thể thay đổi những gì trong một đêm

Không chỉ não. Gần như mọi cơ quan đều có "chế độ đêm". Bảng dưới tóm tắt những thay đổi đã được đo nhiều lần trong phòng thí nghiệm giấc ngủ, ở người lớn khoẻ mạnh.

Thân nhiệt hạ để ngủ

Khoảng vài giờ trước giờ ngủ quen, thân nhiệt lõi bắt đầu đi xuống. Cơ thể xả nhiệt qua bàn tay, bàn chân — mạch máu ở đó giãn ra. Đây là lý do tay chân ấm thường đi kèm buồn ngủ, và vì sao một căn phòng quá nóng làm ta trằn trọc. Gần sáng, thân nhiệt chạm đáy rồi leo lên, góp phần đánh thức ta.

Hormone chạy theo lịch đêm

Hormone tăng trưởng có một đợt tiết lớn ngay giấc ngủ sâu đầu tiên trong đêm, ở cả người lớn chứ không riêng trẻ em. Cortisol, hormone liên quan đến căng thẳng và năng lượng, thấp nhất khoảng nửa đầu đêm rồi tăng dần, đạt đỉnh khoảng sau khi thức dậy. Melatonin lên cao trong bóng tối. Thận nhận tín hiệu giảm làm nước tiểu đêm, nhờ vậy người khoẻ có thể ngủ một mạch sáu, bảy tiếng không phải dậy đi vệ sinh.

Hệ miễn dịch

Một số chất truyền tin của hệ miễn dịch thay đổi theo giấc ngủ, và nhiều nghiên cứu thấy người thiếu ngủ đáp ứng với vắc-xin kém hơn hoặc dễ cảm lạnh hơn. Đây là vùng nghiên cứu còn đang mở rộng; bài về thiếu ngủ sẽ nói rõ thứ gì đã có thử nghiệm, thứ gì mới là liên quan.

Ngủ say mà vẫn nghe gọi tên

Tai không bao giờ "đóng cửa". Trong lúc ngủ, âm thanh vẫn đi vào não, và não vẫn sàng lọc. Các thí nghiệm đo sóng não người ngủ cho thấy tên của chính mình tạo phản ứng mạnh hơn tên người lạ, giọng người thân khác giọng lạ. Đó là lý do một bà mẹ ngủ say giữa tiếng xe ngoài đường nhưng con khẽ ọ ẹ là tỉnh.

Nhưng sàng lọc không có nghĩa là học được. Ý tưởng bật băng ngoại ngữ suốt đêm để sáng ra thuộc bài đã được thử từ giữa thế kỷ 20; khi kiểm tra bằng điện não đồ để chắc người tham gia thật sự ngủ, hiệu quả gần như biến mất. Não ngủ nhận ra cái quen, không ghi chép cái mới một cách đáng kể.

Còn một hiện tượng thú vị: khi ngủ ở chỗ lạ, một bán cầu não "canh gác" kỹ hơn bán cầu kia — gọi là hiệu ứng đêm đầu tiên, có bài riêng trong danh mục Nhịp ngủ & thói quen.

Vì sao phải ngủ: những câu trả lời đang có

Đây vẫn là một trong những câu hỏi lớn chưa có lời giải trọn vẹn của sinh học. Một thực tế khiến các nhà khoa học tin rằng ngủ phải rất quan trọng: lúc ngủ, động vật dễ bị săn, không ăn được, không sinh sản được — vậy mà gần như mọi loài có hệ thần kinh đều ngủ, kể cả sứa không có não. Một đặc điểm tốn kém như thế mà tiến hoá vẫn giữ lại thì hẳn nó đem lại điều gì đó không thay được.

Các giả thuyết chính hiện nay không loại trừ nhau:

1. Phục hồi và tiết kiệm năng lượng: cơ thể hạ nhiệt, giảm chuyển hoá, sửa chữa mô.
2. Bảo trì não: tái cân bằng các khớp thần kinh, củng cố trí nhớ, dọn chất thải chuyển hoá.
3. Điều hoà hệ miễn dịch và chuyển hoá: đường huyết, hormone đói – no.
4. Giữ an toàn: nằm yên vào giờ mà loài đó dễ gặp nguy nếu đi lại (với người là ban đêm).

Có lẽ câu trả lời đúng nhất là: giấc ngủ làm nhiều việc cùng lúc, và mỗi loài, mỗi giai đoạn ngủ lo một phần.

Góc nhìn hôm nay: hiểu để làm gì tối nay

Biết những điều trên có ích thật, không chỉ để biết:

• Giữ giờ ngủ – thức tương đối đều. Nhiều hệ trong cơ thể (thân nhiệt, cortisol, hormone tăng trưởng) chạy theo lịch. Đổi giờ liên tục là bắt chúng chạy lệch nhau.
• Đừng để phòng quá nóng. Cơ thể cần xả nhiệt để vào giấc. Ở xứ nóng như Việt Nam, quạt, máy lạnh, chăn mỏng là chuyện đáng tính.
• Đừng coi ngủ là "thời gian chết" để cắt bớt khi bận. Nó là lúc não và cơ thể làm việc khác.
• Muốn đọc thêm: cuốn Why We Sleep của Matthew Walker (2017) dễ đọc nhưng bị một số nhà khoa học phê bình là phóng đại vài số liệu — đọc kèm tinh thần kiểm chứng. Các trang thông tin cho công chúng của Hiệp hội Y học Giấc ngủ Hoa Kỳ (AASM) và Quỹ Giấc ngủ Quốc gia Mỹ (NSF) trình bày cẩn thận hơn.

Nếu thường xuyên ngủ đủ giờ mà sáng ra vẫn mệt, ban ngày buồn ngủ đến mức ngủ gật khi họp hay khi lái xe, người nhà thấy bạn ngừng thở khi ngủ — đó không phải chuyện tự xoay xở. Nên đi khám chuyên khoa hô hấp, tai mũi họng, thần kinh hoặc đơn vị giấc ngủ của bệnh viện. Còn đang lái xe mà buồn ngủ thì dừng xe nghỉ, đừng cố.