ربما لم يخل تراث بشري من الاشارة الى النوم وفوائده، وقد قيل في النوم الكثير هو الغذاء الذي يشبع الجائع والماء الذي يروي الظمآن والنار التي تدفىء المكان والبرد الذي يثلج القلوب والثقل الذي يساوي بين الفقير والملك وبين الساذج والحكيم. ولطالما راود هذا الساذج وذلك الحكيم سؤالان: ما هو النوم؟ ولماذا نحتاج إليه؟ ربما تتلخص الإجابة عن السؤال الثاني في أننا نحتاج الى النوم حتى نتمكن من البقاء متيقظين ويقظين. بيد أن مثل هذا الرد يدل على الرغبة في المراوغة وعدم القدرة على الإجابة، وهو مثل القول بأننا نأكل لكي لا نجوع أو أننا نتنفس حتى لا نختنق. فالغرض الحقيقي من تناول الطعام هو تزويد الجسم بالعناصر الغذائية كما أن الغرض من التنفس هو استنشاق الأكسجين وطرد ثاني أكسيد الكربون. بيد أننا لا نملك تفسيراً واضحاً ومباشراً للنوم. لقد وفرت الأبحاث التي أجريت على النوم أفكاراً ومعلومات كثيرة للخبراء مكنتهم على الأقل من وضع طروحات معقولة حول وظيفة النوم الذي يستهلك ثلث حياتنا.

على الرغم من صعوبة تعريف النوم بشكل دقيق إلا أن المرء منا يستطيع أن يحدد ما إذا كان الكائن الحي الذي ينظر إليه نائماً أم لا. فالنائم يظهر عادة عدم اكتراث نسبي بالبيئة التي حوله وعادة ما يكون ساكناً. (الدلافين وثدييات بحرية أخرى تنام أثناء السباحة وهناك طيور تنام أثناء تحليقها خلال الهجرات الطويلة).

في عام 1953 قام رائد أبحاث النوم نتانيال كليتمان وتلميذه أوجين اسيرنسكي من جامعة شيكاغو بنسف الاعتقاد الذي ساد منذ زمن طويل بأن النوم هو ببساطة توقف لنشاط الدماغ. فقد اكتشف الباحثان أن النوم يتوزع على فترات تتسم فيها العين بحركة سريعة وهو ما بات يعرف بنوم الحركة السريعة للعين "آر.إي.إم" مما يدل على أن شيئاً ما يحدث أثناء النوم. وتم رصد هذه الظاهرة لدى جميع الحيوانات البرية التي خضعت للاختبار. وتتناوب فترات نوم الحركة السريعة للعين مع فترات تسمى النوم الهادىء (لا تتحرك خلالها العين) في حلقة منتظمة.

ولاحقاً، حقق هذا المجال قفزته النوعية عن طريق وضع وصف للنوم على مستوى الخلايا العصبية في الدماغ. فخلال العشرين سنة الماضية، طور العلماء أساليب وتقنيات لتوجيه الأسلاك المجهرية (لا يتجاوز قطر الواحد منها 32 ميكروناً أي أرفع من شعرة الإنسان) في مناطق مختلفة من الدماغ. ولا تسبب هذه الأسلاك بأية آلام لدى زرعها، وقد تم استخدامها لدى الإنسان أيضاً ومجموعة كبيرة من حيوانات الاختبار التي تمكنت من متابعة نشاطاتها بشكل طبيعي بما في ذلك النوم. وبالرغم من تشابه وضعية النوم وعدم الاكتراث بالبيئة من قبل الكائن النائم خلال نوم الحركة السريعة للعين والنوم الهادىء، إلا أن سلوك الدماغ في الحالتين مختلف تماماً.

فخلال نوم الحركة السريعة للعين، تقوم الخلايا في مختلف مناطق الدماغ بأعمال متباينة. فمعظم عصبونات جذع الدماغ الذي يمثل المنطقة التي تقع فوق الحبل الشوكي مباشرة، تخفض وتيرة نقل الاشارات الكهربائية أو قد تتوقف تماماً عن القيام بذلك، بينما تقوم معظم العصبونات في القشرة الدماغية والمناطق المجاورة الأمامية من الدماغ بخفض نشاطها بنسبة قليلة فقط. بيد أن ما يتغير بشكل كبير هو النموذج العام للنشاط. وخلال اليقظة، يقوم العصبون بعمله الخاص. وبالمقارنة، فإن المناطق الدماغية المتجاورة تنشط خلال النوم الهادىء بشكل متزامن وبإيقاع منخفض نسبياً، كما أن القلب يعمل بشكل منتظم كما ينتظم التنفس خلال هذه الفترة من النوم، وهناك تقارير تفيد بأن رؤية أحلام واضحة أمر نادر في هذه المرحلة.

وهناك مجموعة صغيرة من الخلايا الدماغية قد لا يتجاوز عددها المائة ألف عند الانسان، في قاعدة مقدم الدماغ، تعمل بالطاقة القصوى خلال فترة النوم الهادىء. وقد أطلق الخبراء على هذه الخلايا اسم "خلايا النوم النشيطة" التي يبدو أنها مسؤولة عن إثارة الشعور بالنعاس. ولم يتمكن العلماء حتى الآن من تحديد الإشارة المسؤولة التي تحفز خلايا النوم النشيطة، ولكن من الواضح أن ارتفاع درجة حرارة الجسم عندما يكون المرء يقظاً يحفز تلك الخلايا الأمر الذي يمكن أن يفسر لنا الشعور بالخمول والكسل الذي ينتاب المرء في الحمامات الساخنة أو في بعض أيام الصيف الحارة.

ومن جهة أخرى، فإن نشاط الدماغ خلال نوم الحركة السريعة للعين يشبه نشاطه خلال فترة اليقظة. فموجات الدماغ تبقى عند مستوى فولطية منخفض، لأن العصبونات تعمل بشكل منفرد. وأيضاً، معظم خلايا الدماغ في منطقتي مقدم الدماغ وجذع الدماغ تكون نشطة تماماً، كما تنتقل الاشارات الى الخلايا العصبية الأخرى بمعدل يساوي أو ربما يفوق المعدل خلال فترة اليقظة. والاستهلاك الاجمالي للطاقة من قبل الدماغ خلال نوم الحركة السريعة للعين يعادل نسبة استهلاكها خلال فترة اليقظة. وهناك خلايا متخصصة تقع في جذع الدماغ تسمى "خلايا نوم الحركة السريعة" تصبح نشطة على نحو خاص خلال نوم الحركة السريعة للعين كما أنها تبدو مسؤولة عن حدوث هذه الحالة.

وتحدث أكثر أحلامنا وضوحاً خلال نوم الحركة السريعة للعين، ويصاحب الحلم نشاط متكرر للأنظمة الحركية في الدماغ التي تعمل عادة خلال السير والحركة. ولحسن الحظ أن معظم الحركات خلال نوم الحركة السريعة تُختصر بعملين بيوكيميائيين تعويضيين يشملان نواقل عصبية، هذه المواد الكيميائية التي تقوم بنقل الاشارات من عصبون الى آخر عند نقاط الاشتباك العصبي التي تفصل بين الخلايا العصبية. ويتوقف الدماغ عن تحرير النواقل العصبية التي تقوم بتنشيط عصبونات الحركة (الخلايا الدماغية التي تتحكم بالعضلات) ويرسل نواقل عصبية أخرى تعمل على كبح عصبونات الحركة تماماً. وعلى كل حال فإن هذه الآليات لا تؤثر على عصبونات الحركة التي تتحكم بالعضلات التي تحرك العينين مما يسمح بحركة العين السريعة التي سميت بها هذه الفترة من النوم.

ويؤثر نوم الحركة السريعة للعين بشكل كبير على أنظمة الدماغ التي تتحكم في أعضاء الجسم الداخلية. فعلى سبيل المثال، تصبح ضربات القلب غير منتظمة كما يضطرب التنفس خلال نوم الحركة السريعة تماماً مثلما هو حالهما خلال اليقطة. وعليه يطرح السؤال التالي نفسه: ما الدور الذي يقوم به النوم؟

وظيفة النوم

في أحد المؤتمرات التي جرت مؤخرا حول النوم، قال أحد الحاضرين ان وظيفة النوم لا تزال غامضة ولكن رئيسة المؤتمر ردت على ذلك الموقف بحدة رغم انها لم تقدم وصفا ماديا تشرح فيه لماذا لم تعد وظيفة النوم لغزا غامضا. ومن الواضح انه لم يتم التوصل إلى اتفاق عام بهذا الشأن حتى الآن. ولكن بناء على الأدلة المتوافرة حاليا، يمكن القول ان ما يشعر به العديد من العلماء هو مجرد فرضيات منطقية.

ومن الأساليب المعتمدة لدراسات وظيفة النوم، واحد يتمثل في معرفة التغيرات الفيزيولوجية والسلوكية التي تنجم عن قلة النوم. وقبل أكثر من عقد من الزمن تبين ان الحرمان الكامل من النوم لدى الجرذان يؤدي إلى الموت. فقد شهدت تلك الحيوانات انخفاضا في الوزن بالرغم من زيادة مستوى استهلاكها للطعام، الأمر الذي يشير إلى أن فقدان كميات كبيرة من الحرارة. وقد ماتت تلك الحيوانات لأسباب لم تتضح حتى الآن خلال 10 - 20 يوما أي أسرع مما لو انها حرمت تماما من الطعام ونامت بشكل طبيعي.

ويصاب الإنسان بمرض دماغي انحلالي نادر اسمه "الأرق العائلي القاتل" ويؤدي إلى الموت خلال بضعة أشهر. ولكن من غير المعروف حتى الآن ما إذا كان عدم القدرة على النوم بحد ذاته قاتلا أم هناك جوانب أخرى للعلة الدماغية هي التي تتحمل المسؤولية. وتشير الدراسات الخاصة بالحرمان من النوم عند الإنسان إلى أن مستوى النعاس يرتفع حتى مع الانخفاض الطفيف في زمن النوم الليلي. والشعور بالنعاس أثناء قيادة السيارة أو خلال نشاطات تتطلب اليقظة والحرص، يشكل خطرا يعادل خطر تناول الكحول قبل القيام بمثل تلك المهام. ولكن الأدلة المتوافرة تشير إلى أن "مساعدة" الناس على زيادة زمن النوم بالاستخدام الطويل الأمد للحبوب المنومة لا تقدم أية فوائد صحية واضحة بل إنها قد تقصر الحياة. "هناك على ما يبدو علاقة بين النوم لحوالي 7 ساعات ليلا والحياة المديدة". ولا شك في ان تحقيق حرمان تام من النوم يتطلب وجود محفز دائم. وعليه فإن الباحثين الذين يعتمدون على الحرمان من النوم لدراسة وظيفة النوم يواجهون صعوبة في التمييز بين تأثيرات الضغط النفسي وبين تأثيرات الحرمان من النوم.

كما يعمل الباحثون على دراسة عادات النوم لمجموعة متنوعة من الكائنات. ويتخلص أحد الأدلة المهمة المتعلقة بوظيفة النوم في التباين الكبير في كمية النوم التي تحتاجها الأنواع الحية المختلفة. فعلى سبيل المثال، ينام الابوسوم "حيوان من ذوات الجراب" 18 ساعة في اليوم بينما ينام الفيل ثلاث أو أربع ساعات فقط. وهناك اوجه شبه جينية وفيزيولوجية وسلوكية كثيرة بين الأنواع القريبة من بعضها البعض ومن الممكن ان تمتلك عادة نوم متشابهة أيضا. ومع ذلك، أوضحت الدراسات التي أجريت على حيوانات المختبر والحدائق والبراري، ان فترات النوم لا ترتبط بتصنيف الحيوان.

وعلى ما يبدو ان الحجم يلعب دورا في طول فترة النوم عند الحيوان، فكلما كبر حجم الحيوان قلت ساعات نومه. فالبشر وحيوانات مثل الفيل والزرافة يحتاجون إلى فترة نوم قليل نسبيا بينما الجرذان والقطط وغيرها من الحيوانات الصغيرة تقضي معظم وقتها نائمة.

والواضح ان السبب يرتبط بحقيقة ان الكائنات الصغيرة تمتلك معدلات استقلاب أعلى ودرجات حرارة جسم ونشاط الدماغ أيضاً أعلى من تلك لدى الكائنات الضخمة. والاستقلاب عملية معقدة تولد العناصر السامة وهي عبارة عن مواد كيمائية نشطة جدا تلحق اضرارا بالخلايا وتقتلها. وعليه، فإن مستوى الاستقلاب العالي يزيد من الأضرار التي تلحق بالخلايا والأحماض النووية والبروتينات والشحوم التي بداخلها. والأضرار التي تلحقها العناصر السامة بالعديد من انسجة الجسم يمكن معالجتها باستبدال الخلايا المعطوبة بأخرى سليمة عن طريق عملية الانقسام الخلوي، غير أن معظم المناطق الدماغية لا تنتج كميات كافية من الخلايا الجديدة بعد الولادة، (منطقة "قرن آمون" المرتبطة بالتعلم والذاكرة استثناء لهذه الحقيقة) ويرى الخبراء ان انخفاض مستوى الاستقلاب ودرجة الحرارة خلال فترة النوم الهادئ يتيحان فرصة لإصلاح الأضرار التي لحقت بالأنسجة اثناء اليقظة، فعلى سبيل المثال، يمكن ان تعمل الانزيمات بشكل اكثر كفاءة في ترميم الخلايا اثناء فترات انعدام النشاط، وربما يتم استبدال الانزيمات القديمة التي لحقت بها تغيرات من قبل العناصر الحرة، بأخرى مصنعة حديثا وجيدة من حيث التركيب. وكان فريق من جامعة كاليفورنيا في لوس انجلوس قد لاحظ ما يعتقد الخبراء اليوم انه أول دليل على ضمور الخلايا الدماغية عند الفئران، والناجم مباشرة عن الحرمان من النوم، وهذا الاكتشاف يدعم فكرة ان نوم العين الهادئة يقي من الأضرار الناجمة عن عملية الاستقلاب.

وربما تفسر فرضية الترميم الخلوي، وظيفة النوم الهادئ ولكنها فشلت حتى الآن في شرح ماهية نوم الحركة السريعة للعين. فعملية الترميم لا يمكن ان تجرى خلال نوم الحركة السريعة للعين باعتبار ان الخلايا تكون نشطة كما هي في حالة اليقظة، ولكن هناك مجموعة معينة من الخلايا هي التي تحظى بالاهتمام من أجل معرفة وظيفة نوم الحركة السريعة.

ونعلم أن عملية تحرير بعض النواقل العصبية تتوقف خلال نوم الحركة السريعة مما يؤدي إلى تعطيل حركة الجسم وخفض مستوى إدراك البيئة المحيطة، والنواقل العصبية الرئيسية التي تتأثر بذلك السيروتينين والهيستامين هي أمينات أحادية لأن كل واحد منها يحتوي على وحدة كيميائية تسمى المجموعة الأمينية، والخلايا الدماغية التي تصنع الأمينات الأحادية تكون نشطة دون انقطاع خلال اليقظة، ولكن في عام ،1973 اكتشف الخبيران دينس ماكجيني ورونالد هاربر من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ان هذه الخلايا تتوقف عن العمل خلال حركة نوم الحركة السريعة للعين.

وفي عام ،1988 خرج مايكل روجاويسكي من المعاهد القومية للصحة وجريروم سيجل من المركز الطبي التابع لجامعة كاليفورنيا في لوس انجلوس، بفرضية تقول إن توقف تحرير النواقل العصبية هو أمر حيوي يتيح لهذه العصبونات ومستقبلاتها القيام بوظيفتها بشكل جيد (المستقبلات توصل إشارات النواقل العصبية إلى الخلايا) وتشير دراسات مختلفة إلى ان الانتاج المستمر للأمينات الأحادية يمكن ان يؤثر على حساسية مستقبلات النواقل العصبية، وكذلك فإن التشويش على إنتاج الأمين الاحادي خلال نوم الحركة السريعة للعين قد يتيح لأنظمة المستقبلات أن "ترتاح" وتستعيد كامل حساسيتها، وربما تلعب الحساسية المستعادة دورا كبيرا خلال فترة اليقظة، في تنظيم المزاج الأمر الذي يعتمد بشكل كبير على التعاون الفاعل بين النواقل العصبية ومستقبلاتها.

وتلعب الأمينات الاحادية أيضاً دورا في تحفيز الدماغ للتصدي للتجارب الجديدة. وعليه، فإن اغلاقها خلال نوم الحركة السريعة للعين ربما يمثل طريقة لمنع حصول تغييرات في توصيلات الشبكة العصبية الدماغية التي يمكن ان تنجم عن النشاط المكثف خلال فترة نوم الحركة السريعة.

وفي عام ،2000 لاحظ باول جي. شو وزملاؤه في معهد العلوم العصبية في لاجولا في ولاية كاليفورنيا الأمريكية وجود علاقة لدى ذبابة الفاكهة، بين مستويات الأمينات الاحادية والفترات الشبيهة بفترات النوم عند الانسان "تكون خلالها الحشرة شبه خاملة". وتبين للخبراء أن التشويش على فترة الخمول عند الحشرة ادى إلى ارتفاع مستويات امينات أحادية كما يحدث عن البشر. ومثل هذه النتائج تحمل في طياتها إشارة الى ان عملية ترميم وظيفة النواقل العصبية والتي نعرفها اليوم باسم النوم، كانت موجودة حتى قبل وجود الثديات على الأرض .