Những điều cơ bản của bộ não: Hiểu về giấc ngủ

Với thời lượng chiếm tới một phần ba thời gian mỗi ngày, giấc ngủ đã trở thành một phần quan trọng trong thói quen sinh hoạt hàng ngày. Một giấc ngủ chất lượng và ngủ đủ giấc vào đúng thời điểm là cần thiết để duy trì sự sống, giống như nước uống và thực phẩm.

Nếu không có giấc ngủ, bộ não không thể hình thành hoặc duy trì các đường dẫn truyền giúp bạn học tập và ghi nhớ ký ức mới, đồng thời gây ra khó khăn cho việc tập trung và phản xạ một cách nhanh chóng.

Giấc ngủ có vai trò quan trọng đối với một số chức năng của bộ não, bao gồm cách mà các tế bào thần kinh tương tác với nhau. Trên thực tế, bộ não và cơ thể vẫn luôn hoạt động trong khi bạn ngủ. Những phát hiện gần đây cho thấy giấc ngủ đóng vai trò như một người dọn dẹp nhà cửa, loại bỏ các chất độc hại tích tụ trong não khi chúng ta thức giấc.

Bất kỳ ai cũng cần ngủ, nhưng mục đích sinh học của giấc ngủ vẫn còn là điều bí ẩn. Giấc ngủ ảnh hưởng hầu hết các mô và hệ cơ quan trong cơ thể – từ não, tim và phổi cho đến chuyển hóa, chức năng miễn dịch, tâm trạng và khả năng kháng bệnh. Nghiên cứu cho thấy việc thiếu ngủ kinh niên hoặc có giấc ngủ kém chất lượng sẽ làm tăng nguy cơ bệnh lý như cao huyết áp, bệnh tim mạch, tiểu đường, trầm cảm và béo phì.

Giấc ngủ là một chức năng [sinh lý] phức tạp, ảnh hưởng đến nhiều hoạt động trong cơ thể theo nhiều cách mà các nhà khoa học hiện đang bắt đầu tìm hiểu. Một số hướng dẫn dưới đây sẽ mô tả cách điều hòa nhu cầu giấc ngủ và những gì xảy ra trong bộ não khi bạn đang ngủ.

Các cấu trúc của bộ não liên quan đến giấc ngủ

– Vùng hạ đồi: Một cấu trúc có kích thước bằng hạt đậu nằm sâu bên trong não, gồm nhóm tế bào thần kinh giữ vai trò như một trung tâm điều khiển ảnh hưởng đến tình trạng ngủ và thức. Vùng hạ đồi chứa nhân trên chéo thị giác (SCN) – một cụm nhân gồm hàng nghìn tế bào có chức năng tiếp nhận thông tin về sự tiếp xúc ánh sáng trực tiếp từ mắt và kiểm soát nhịp điệu hành vi. Một số người bị tổn thương SCN có giấc ngủ thay đổi thất thường, vì họ không thể đồng bộ nhịp sinh học với chu kỳ sáng – tối. Hầu hết những người khiếm thị vẫn duy trì được khả năng cảm thụ ánh sáng để điều chỉnh chu kỳ ngủ/thức.

– Thân não, nằm ở phần đáy của bộ não, chịu trách nhiệm kết nối với vùng hạ đồi để kiểm soát quá trình chuyển đổi giữa thức và ngủ. (Thân não gồm các cấu trúc: cầu não, hành não và trung não.) Các tế bào kích thích giấc ngủ trong vùng hạ đồi và thân não sản xuất một chất hóa học gọi là GABA, làm giảm hoạt động của trung tâm thức ở vùng hạ đồi và thân não. Thân não (đặc biệt là cầu não và hành não) cũng đóng vai trò đặc biệt trong giấc ngủ REM (Rapid eye movement sleep – Giấc ngủ mắt chuyển động nhanh). Trong REM, thân não sẽ gửi tín hiệu giúp thư giãn các cơ duy trì tư thế cơ thể và cử động chân tay, giúp cơ thể nghỉ ngơi khi ngủ.

– Đồi thị hoạt động như một cơ quan chuyển tiếp thông tin từ các giác quan đến vùng vỏ não (lớp vỏ ngoài cùng của bộ não, có chức năng phân tích và xử lý thông tin từ trí nhớ ngắn hạn đến dài hạn). Trong hầu hết các giai đoạn của giấc ngủ, đồi thị sẽ không hoạt động, giúp bạn không bị ảnh hưởng bởi những tác động từ thế giới bên ngoài. Nhưng trong giấc ngủ REM, đồi thị bắt đầu hoạt động, từ đó truyền tải hình ảnh, âm thanh và những cảm giác khác nhau của vỏ não vào giấc mơ.

– Tuyến tùng, nằm giữa hai bán cầu não, nhận tín hiệu từ SCN và tăng sản xuất hormone melatonin giúp đưa bạn vào giấc ngủ khi tắt đèn. Những người khiếm thị và không thể điều phối chu kỳ thức – ngủ tự nhiên bằng ánh sáng mặt trời, có thể ổn định giấc ngủ bằng cách bổ sung lượng nhỏ melatonin vào cùng thời điểm mỗi ngày. Các nhà khoa học tin rằng nồng độ cao nhất và thấp nhất của melatonin theo thời gian là rất quan trọng để nhịp sinh học cơ thể đồng bộ với chu kỳ sáng – tối bên ngoài.

– Vùng nền não trước, nằm ở phía trước và dưới bộ não, cũng hỗ trợ quá trình ngủ và thức, với một phần trung não hoạt động như một hệ thống thức. Việc giải phóng adenosine (một sản phẩm phụ hóa học của quá trình tiêu thụ năng lượng tế bào) từ các tế bào vùng nền não trước hoặc những vùng khác, có thể hỗ trợ giấc ngủ. Caffeine chống lại cảm giác buồn ngủ bằng cách ngăn chặn các hoạt động của adenosine.

– Hạch hạnh nhân, một cấu trúc hình quả hạnh liên quan đến việc xử lý cảm xúc, thể hiện hoạt động tích cực trong giấc ngủ REM.

Các giai đoạn của giấc ngủ

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

– Giấc ngủ non-REM giai đoạn 1: là giai đoạn chuyển từ thức sang ngủ. Trong khoảng thời gian ngắn (kéo dài vài phút) của giấc ngủ tương đối nông này, nhịp tim, nhịp thở và chuyển động mắt đều hoạt động chậm lại, các cơ trở nên thư giãn và đôi lúc xuất hiện cơn co. Sóng não bắt đầu chậm lại so với trạng thái tỉnh táo ban ngày.

– Giấc ngủ non-REM giai đoạn 2: là giai đoạn giấc ngủ nông trước khi bước vào giấc ngủ sâu thực sự. Nhịp tim, nhịp thở chậm lại, và cơ bắp tiếp tục thư giãn hơn nữa. Nhiệt độ cơ thể giảm xuống và chuyển động của mắt dừng lại. Hoạt động sóng não chậm lại nhưng đặc trưng bởi những đợt hoạt động điện ngắn ngủi. Thời gian cho giai đoạn 2 này nhiều hơn hẳn so với các giai đoạn khác trong chu kỳ ngủ.

– Giấc ngủ non-REM giai đoạn 3: là giai đoạn ngủ sâu nhất giúp bạn cảm thấy sảng khoái vào sáng hôm sau. Giai đoạn 3 xảy ra dài hơn trong nửa đầu của buổi đêm. Nhịp tim và nhịp thở chậm lại đến mức thấp nhất. Cơ bắp được thả lỏng và rất khó để có thể đánh thức bạn dậy. Sóng não thậm chí còn trở nên chậm hơn.

– Giấc ngủ REM: bắt đầu xảy ra vào khoảng 90 phút sau khi ngủ. Đôi mắt bắt đầu di chuyển qua lại nhanh chóng sau khi mí mắt nhắm lại. Lúc này, xuất hiện hoạt động sóng não với tần số hỗn hợp gần bằng hoạt động khi thức. Nhịp thở nhanh hơn và không đều, đồng thời nhịp tim và huyết áp cũng tăng lên gần mức ở trạng thái thức. Hầu hết giấc mơ sẽ xảy ra trong giấc ngủ REM, mặc dù một số cũng xảy ra trong giấc ngủ non-REM. Các cơ ở tay và chân tạm thời tê liệt, khiến bạn không thể cử động khi đang mơ ngủ. Khi già đi, cơ thể bạn sẽ ngủ ít hơn trong giấc ngủ REM. Việc thiết lập trí nhớ gần như cần đến cả giấc ngủ non-REM và REM.

Cơ chế của giấc ngủ

Có hai cơ chế sinh học bên trong cơ thể, là nhịp sinh học và cân bằng nội môi. Cả hai cơ chế này hoạt động cùng nhau để điều chỉnh thời điểm thức và ngủ.

– Nhịp sinh học:

Cơ chế này chỉ đạo một loạt chức năng từ những dao động hàng ngày khi thức đến nhiệt độ cơ thể, quá trình chuyển hóa và giải phóng hormone. Nhịp sinh học kiểm soát thời gian giấc ngủ, khiến cơ thể buồn ngủ vào ban đêm và có xu hướng thức dậy vào buổi sáng mà không cần đồng hồ báo thức. Đồng hồ sinh học [hoạt động] dựa trên khoảng 24 giờ mỗi ngày, kiểm soát hầu hết các nhịp sinh học trong cơ thể. Nhịp sinh học hàng ngày sẽ đồng bộ với các tín hiệu môi trường (ánh sáng, nhiệt độ) về thời gian thực trong ngày, nhưng vẫn tiếp tục hoạt động cả khi không có tín hiệu.

– Cân bằng nội môi ngủ – thức:

Cân bằng nội môi ngủ – thức có vai trò trong việc theo dõi nhu cầu giấc ngủ. Hệ thống cân bằng nội môi giấc ngủ nhắc nhở cơ thể đi ngủ sau khoảng một thời gian nhất định và điều chỉnh cường độ giấc ngủ. Hệ thống này sẽ hoạt động mạnh hơn khi bạn vẫn tiếp tục thức và khiến bạn ngủ lâu hơn và sâu hơn sau một thời gian thiếu ngủ.

Các yếu tố ảnh hưởng đến nhu cầu ngủ – thức bao gồm: tình trạng sức khỏe, thuốc men, căng thẳng, môi trường ngủ, đồ ăn và thức uống. Ảnh hưởng lớn nhất có lẽ là sự tiếp xúc với ánh sáng. Các tế bào chuyên biệt trong võng mạc của mắt sẽ xử lý ánh sáng và thông báo cho bộ não biết hiện tại là ngày hay đêm, từ đó kích thích hoặc ức chế chu kỳ ngủ – thức. Tiếp xúc với ánh sáng có thể làm bạn khó ngủ, và khó trở lại giấc ngủ khi bị đánh thức.

Những người làm ca đêm thường sẽ khó đi vào giấc ngủ và khó tỉnh táo khi đang làm việc, vì nhịp sinh học tự nhiên và chu kỳ ngủ – thức bị gián đoạn. Ví dụ trong trường hợp lệch múi giờ khi bay, nhịp sinh học sẽ trở nên không đồng bộ với thời gian trong ngày, tạo sự chênh lệch giữa đồng hồ bên trong cơ thể và đồng hồ thực tế.

Bạn cần ngủ trong bao lâu?

Nhu cầu ngủ và mô hình giấc ngủ của mỗi người sẽ thay đổi theo thời gian, nhưng cũng khác nhau ở những người có cùng độ tuổi. Không có “số giờ ngủ” cụ thể phù hợp với tất cả mọi người ở cùng độ tuổi. Ở thời kỳ đầu, trẻ sơ sinh cần ngủ nhiều nhất, khoảng 16 đến 18 tiếng mỗi ngày, do việc ngủ nhiều sẽ kích thích sự tăng trưởng và phát triển cơ thể (đặc biệt là bộ não). Trẻ em trong độ tuổi đi học và thiếu niên trung bình cần ngủ khoảng 9.5 tiếng mỗi đêm. Hầu hết người lớn cần ngủ 7-9 tiếng mỗi đêm, nhưng sau 60 tuổi, giấc ngủ ban đêm có xu hướng ngắn hơn, nông hơn và bị gián đoạn bởi nhiều lần thức giấc. Người cao tuổi cũng có khả năng dùng các loại thuốc gây cản trở giấc ngủ.

Nhìn chung, mọi người đang ngủ ít hơn so với nhu cầu thực tế, do thời gian làm việc dài hơn, giải trí suốt đêm và nhiều hoạt động khác.

Nhiều người cảm thấy họ có thể ngủ bù vào cuối tuần, nhưng tùy thuộc vào mức độ thiếu ngủ, việc ngủ nhiều hơn có thể là không đủ.

Giấc mơ

Tất cả mọi người đều mơ khi ngủ. Bạn dành khoảng 2 giờ mỗi đêm để mơ, nhưng lại không nhớ hầu hết [các chi tiết trong] giấc mơ. Mặc dù không rõ mục đích chính xác của giấc mơ là gì, nhưng giấc mơ có thể giúp bạn xử lý cảm xúc. Các sự kiện trong ngày thường xâm chiếm đầu óc khi bạn đang ngủ, và những người trải qua căng thẳng hoặc lo lắng có thể mơ những giấc mơ đáng sợ. Giấc mơ có thể xuất hiện trong tất cả giai đoạn giấc ngủ, nhưng thường sống động nhất trong giấc ngủ REM. Một số người mơ thấy [những cảnh tượng] có màu sắc, trong khi người khác chỉ nhớ lại được những giấc mơ với màu đen và trắng.

Vai trò của gen và chất dẫn truyền thần kinh

– Tín hiệu hóa học liên quan đến giấc ngủ

Các cụm tế bào thần kinh kích thích giấc ngủ ở nhiều phần của bộ não sẽ hoạt động mạnh hơn khi cơ thể chuẩn bị ngủ. Các chất dẫn truyền tín hiệu thần kinh có thể “tắt” hoặc giảm hoạt động tế bào phát xuất tín hiệu thức hoặc thư giãn. GABA liên quan đến giấc ngủ bằng cách giúp thư giãn các cơ và an thần. Norepinephrine và orexin (hay còn gọi là hypocretin) giữ cho một số phần của bộ não trở nên hoạt động khi cơ thể tỉnh giấc. Những chất dẫn truyền thần kinh khác giúp định hình việc ngủ và thức bao gồm: acetylcholine, histamine, adrenaline, cortisol và serotonin.

– Gen và giấc ngủ

Gen có thể đóng vai trò quan trọng trong nhu cầu giấc ngủ. Các nhà khoa học đã xác định một số gen liên quan đến giấc ngủ và rối loạn giấc ngủ, bao gồm: gen kiểm soát sự hưng phấn của tế bào thần kinh, gen “đồng hồ” Per, tim và Cry có ảnh hưởng đến nhịp sinh học và thời gian ngủ. Những nghiên cứu về liên kết trên bản đồ gen đã xác định những vị trí trên nhiễm sắc thể khác nhau có thể làm tăng tính nhạy cảm của cơ thể với chứng rối loạn giấc ngủ.

Ngoài ra, nhiều gen đã được xác định gây ra các rối loạn giấc ngủ, như rối loạn giai đoạn ngủ tiến triển có tính gia đình, chứng ngủ rũ và hội chứng chân không nghỉ. Một số gen biểu hiện ở vỏ não và các vùng não khác có thể thay đổi mức độ biểu hiện giữa tình trạng ngủ và thức. Một số mô hình di truyền trên sâu, ruồi giấm và cá ngựa vằn có thể giúp các nhà khoa học xác định cơ chế phân tử và biến thể di truyền liên quan đến giấc ngủ thông thường và rối loạn giấc ngủ. Nghiên cứu bổ sung sẽ cung cấp hiểu biết tốt hơn về các mô hình ngủ di truyền, cũng như các nguy cơ rối loạn giấc ngủ và rối loạn nhịp sinh học.

Nghiên cứu về giấc ngủ

Nhiều nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe có thể đề xuất cho bạn phương pháp đa ký giấc ngủ hoặc xét nghiệm khác để chẩn đoán rối loạn giấc ngủ. Để đo đa ký giấc ngủ, bạn cần ngủ tại một phòng thí nghiệm giấc ngủ hoặc trung tâm giấc ngủ. Máy đo sẽ ghi lại nhịp thở, mức oxy, chuyển động của mắt và chân tay, nhịp tim và sóng não trong suốt cả đêm. Giấc ngủ cũng được ghi lại bằng video và âm thanh. Dữ liệu thu được có thể giúp các chuyên gia giấc ngủ xác định xem liệu cơ thể bạn có đang đạt đến và diễn ra đúng các giai đoạn giấc ngủ hay không. Kết quả có thể sử dụng để phát triển kế hoạch điều trị hoặc xác định các xét nghiệm tiếp theo.

Theo dõi giấc ngủ bằng các ứng dụng thông minh

Có hàng triệu người đang sử dụng các ứng dụng điện thoại thông minh, máy theo dõi cạnh giường và thiết bị đeo trên người (vòng tay, đồng hồ thông minh và băng đô) để thu thập và phân tích dữ liệu giấc ngủ. Công nghệ thông minh có thể ghi lại âm thanh và chuyển động khi ngủ, số giờ ngủ, đồng thời theo dõi nhịp tim và hô hấp. Khi sử dụng ứng dụng đi kèm, dữ liệu từ một thiết bị có thể đồng bộ hóa với điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng hoặc tải lên máy tính. Một số ứng dụng và thiết bị có thể tạo ra tiếng ồn trắng (giúp loại bỏ tạp âm và khiến bạn dễ đi vào giấc ngủ), sản xuất ra loại ánh sáng giúp kích thích sản xuất melatonin, và sử dụng các rung động nhẹ giúp cơ thể ngủ hoặc thức.

Lời khuyên dành cho giấc ngủ

Ngủ đủ giấc là điều quan trọng đối với sức khỏe. Dưới đây là một số lời khuyên bạn có thể áp dụng để cải thiện giấc ngủ:

• Đặt ra thời gian ngủ và thức cố định mỗi ngày.
• Tập thể dục 20 đến 30 phút mỗi ngày nhưng không quá vài giờ trước khi đi ngủ.
• Tránh dùng caffeine, nicotine vào ban muộn và đồ uống có cồn trước khi ngủ.
• Thư giãn trước khi lên giường, hãy thử tắm nước ấm, đọc sách hoặc thực hiện bất kỳ thói quen thư giãn nào đó.
• Tạo một căn phòng riêng chỉ dành cho việc ngủ – tránh ánh sáng mạnh và âm thanh lớn, giữ phòng ở nhiệt độ thoải mái và không xem TV hoặc có máy tính ở trong phòng ngủ.
• Đừng nằm trên giường nếu bạn vẫn đang tỉnh táo. Khi không ngủ được, hãy làm một vài việc khác, chẳng hạn như đọc sách hoặc nghe nhạc, cho đến khi cơ thể bạn cảm thấy mệt mỏi.
• Đi khám bác sĩ nếu bạn cảm thấy khó ngủ hoặc thấy mệt mỏi bất thường trong suốt cả ngày. Hầu hết các rối loạn giấc ngủ có thể được điều trị hiệu quả.

Hy vọng từ những nghiên cứu

Các nhà khoa học hiện đang tiếp tục tìm hiểu về chức năng và sự điều hòa giấc ngủ. Trọng tâm chính của nghiên cứu là tìm hiểu những rủi ro do tình trạng thiếu ngủ kinh niên và mối liên quan giữa giấc ngủ và bệnh tật. Những người thiếu ngủ kinh niên có nguy cơ bị thừa cân, đột quỵ và bệnh tim mạch, nhiễm trùng và một số loại ung thư nhiều hơn so với những người ngủ đủ giấc. Rối loạn giấc ngủ cũng thường gặp ở những người bị các rối loạn thần kinh do vấn đề tuổi tác như bệnh Alzheimer và bệnh Parkinson. Vẫn còn nhiều bí ẩn về mối liên quan giữa giấc ngủ và những vấn đề sức khỏe. Liệu rằng thiếu ngủ sẽ dẫn đến rối loạn nào đó, hay một bệnh lý nào đó sẽ gây ra tình trạng thiếu ngủ? Những câu hỏi này và nhiều câu hỏi khác về giấc ngủ đã cho thấy hạn chế trong nghiên cứu về giấc ngủ.

Thông tin bổ sung

Để biết thêm thông tin về các rối loạn thần kinh khác hoặc các chương trình nghiên cứu do Viện Quốc gia về Rối loạn Thần kinh và Đột quỵ (NINDS) tài trợ, hãy liên hệ với Mạng lưới Thông tin và Tài nguyên về Não bộ (BRAIN) tại:

BRAIN

P.O. Box 5801
Bethesda, MD 20824
(800) 352-9424

www.ninds.nih.gov

Tài liệu liên quan đến sức khỏe của NINDS chỉ mang mục đích cung cấp thông tin, không nhất thiết đại diện cho các thông báo chính thức của Viện Quốc gia về Rối loạn Thần kinh và Đột quỵ hoặc bất kỳ cơ quan Liên bang nào khác. Lời khuyên về việc điều trị hoặc chăm sóc cho từng bệnh nhân nên được tư vấn bởi bác sĩ đã thăm khám hoặc quen với bệnh sử của người bệnh.