ძილის ფენომენის შესწავლას დიდი მნიშვნელობა აქვს არა მხოლოდ იმიტომ, რომ ადამიანი თავისი ცხოვრების ერთ მესამედს ძილში ატარებს, არამედ იმიტომაც, რომ ძილის არსის გაგების გარეშე შეუძლებელია ღვიძილში მიმდინარე პროცესების სრულყოფილი შეფასება.
მიუხედავად იმისა, რომ ძილის კვლევას დიდი ხნის ისტორია აქვს და ამჟამადაც ინტენსიურად მიმდინარეობს მისი ნეიროფიზიოლო-გიური მექანიზმების შესწავლა, ამომწურავი პასუხი კითხვაზე _ თუ რატომ გვძინავს და რა არის ძილის ფუნქცია, დღემდე დაუდგენელია.
ძილს განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს ადამიანის და ცხოველის ნორმალური ფუნქციონირებისათვის. ამიტომაც, ძილი, მისი წარმოშობის მიზეზები და მიმდინარეობა უხსოვარი დროიდანვე აინტერესებდათ ადამიანებს. ჯერ კიდევ IV საუკუნეში ჩვენს წელთაღრიცხვამდე ბერძენი ფილოსოფოსის არისტოტელეს მიერ გამოთქმული იყო მოსაზრება ძილის დადგომის მიზეზების თაობაზე, მაგრამ ამ ფენომენის მეცნიერული შესწავლა დაიწყო მეოცე საუკუნის დასაწყისში [Pieron, 1913; Van Economo, 1918; Hess, 1924; Павлов, 1928.]. ფრანგმა ფიზიოლოგმა Pპიერონმა [Pieron, 1913] აღწერა ძილის ქცევითი და ფიზიოლოგიური მახასიათებლები: უმოძრაობა, კუნთების ტონუსის შემცირება, პერიოდულობა და განსაკუთრებული პოზა. გამოღვიძება შეიძლება სხვადასხვა გამღიზიანებლებით.
პროგრესი ძილის ფიზიოლოგიის შესწავლაში დაკავშირებულია ელექტრონიკის განვითარებასთან, როდესაც ძილის კლასიკური ქცევითი რეგისტრაციის პარალელურად, ადამიანებზე შესაძლებელი გახდა თავის ტვინის ელექტრული აქტიურობის ჩაწერა. Pპირველად, 1929 წელს, ბერგერმა [Berger, 1929] აჩვენა, რომ ღვიძილის დროს თავის ტვინის ელექტრულ აქტიურობაში აღირიცხება დაბალამპლიტუდიანი სწრაფი რხევები (დესინქრონიზაცია), ხოლო ძილის შემთხვევაში – მაღალამპლიტუდიანი ნელი რხევები (სინქრონიზაცია). Mმოგვიანებით, 1936 წელს, ნაჩვენები იქნა, რომ ძილის მიმდინარეობისას შეიმჩნევა პერიოდები, როცა სინქრონული ელექტრული აქტიურობა იცვლება დესინქრონული ელექტრული აქტიურობით [Derbyshire et.al., 1936]. A ამგვარად, გამოითქვა მოსაზრება ძილის არაერთგვაროვანი ბუნების შესახებ. 1953 წელს კი გამოქვეყნდა ამერიკელი მეცნიერების _ აზერინსკისა და კლეიტმანის [Azerinsky, Kleitman, 1953] სტატია, რომელიც სამართლიანად ითვლება შემობრუნების პუნქტად ძილის ნეიროფიზიოლოგიის შესწავლაში. ამ მკვლევარების მიერ ნაჩვენები იყო, რომ ძილი ჰეტეროგენური ბუნებისაა და ადამიანების ძილში გამოყოფილ იქნა ახალი ფაზა ქერქის დესინქრონიზებული ელექტრული აქტიურობით და თვალის სწრაფი მოძრაობით _ ე. წ. REM ძილი, რომელიც შეესაბამება სიზმრიან ძილს. საჭიროა აღინიშნოს, რომ 1950 წელს, ქართველი ფიზიოლოგის ლევან ცქიფურიძის [Цкипуридзе, 1950] მიერ კატებზე ჩატარებული ცდებით ნაჩვენები იყო, რომ ძილის დროს კატის თავის ტვინის ელექტრულ აქტიურობაში მონაცვლეობდა სინქრონული და დესინქრონული აქტიურობა. ავტორმა დეტალურად აღწერა ის სომატური რეაქციები, ცალკეული კუნთების შეკრთომა, ულვაშებისა და ყურების მოძრაობები, გაძლიერებული სუნთქვა, რაც დამახასიათებელია ძილის დესინქრონული ფაზისათვის. ამიტომაც, ლევან ცქიფურიძემ ძილის ამ ფაზას უწოდა მოუსვენარი ფაზა, რაც, თავის მხრივ, სიზმრის ანალოგს უნდა წარმოადგენდეს ცხოველებში. სამწუხაროდ, ეს შრომა ყურადღების გარეშე დარჩა ამ დარგში მომუშავე მკვლევართათვის. მოგვიანებით ძილის იგივე სურათი კატებზე აღწერა ამერიკელმა მეცნიერმა დემენტმა [Dement, 1958].
ძილ-ღვიძილის ფაზების გამშვები მექანიზმების შესწავლის მიზნით განსაკუთრებით საინტერესოა თავის ტვინის სხვადასხვა სტრუქტურების ელექტრული გაღიზიანებით და დაზიანებით მიღებული მონაცემები.
ჯერ კიდევ ჰესის მიერ [Hess 1929;1953] ნაჩვენები იქნა, რომ თალამუსის ელექტრული გაღიზიანება იწვევს ძილს. თალამუსის წამყვანი როლი ძილის გამოწვევაში ნაჩვენები იქნა სხვა მკვლევარების მიერაც [Parmeggiani, 1962; Hosli, Monnier, 1965; Koelle, 1973]. განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია მორუცისა და მეგუნის [Moruzzi, Magoun, 1949; Moruzzi, 1964] ექსპერიმენტები; ნაჩვენები იქნა, რომ ბადებრივი ფორმაციის სხვადასხვა უბნის ელექტრული გაღიზიანება იწვევს ელექტრული აქტიურობის სინქრონიზაციას და დესინქრონიზაციას. ამ მხრივ საინტერესოა ს. ნარიკაშვილის ლაბორატორიაში მიღებული შედეგებიც [Нарикашвили, 1950; Нарикашвили и др; 1965]. აღნიშნული მიმართულებით ჩატარებული გამოკვლევებით შესწავლილი იქნა თავის ტვინის სხვადასხვა სტრუქტურები (ტვინის ღერო, სოლიტარული ტრაქტი, ბადებრივი ფორმაცია, ჰიპოთალამუსი, ლიმბური წრე, პრეოპტიკური ზონა), რომლებიც მონაწილეობენ თავის ტვინის სინქრონული და დესინქრონული აქტიურობის განვითარებაში. [Faval et.al., 1961; Magnes et.al., 1961; Rossi, 1962; Clement, Sterman, 1963, 1967 ].
ძილ-ღვიძილის ციკლში სხვადასხვა სტრუქტურების როლზე მიუთითებენ ექსპერიმენტები თავის ტვინის სტრუქტურების დაზიანებითაც. პირველად ეკონომომ [Ekonomo, 1930] კლინიკური მონაცემების საფუძველზე გამოთქვა მოსაზრება, რომლის თანახმადაც, ღვიძილის ცენტრი უნდა მდებარეობდეს უკანა, ხოლო ძილის ცენტრი – წინა ჰიპოთალამუსში. შემდგომში ბრემერის [Bremer, 1936,1960] მიერ ტვინის ღეროს სხვადასხვა დონეზე გადაჭრის ექსპერიმენტებით განსაზღვრული იქნა სტრუქტურები, რომლებიც იწვევენ ელექტრული აქტიურობის სინქრონიზაციას და დესინქრონიზაციას. მოგვიანებით კატებზე ჩატარებული ექსპერიმენტების შედეგად გამოირკვა, რომ ჰიპოთალამუსი მნიშვნელოვან როლს თამაშობს ქცევითი ღვიძილის, ხოლო ბადებრივი ფორმაცია _ ღვიძილის ელექტროგრაფიული სურათის ჩამოყალიბებაში. [Feldman, Walter 1962; Hobson, 1965]. თავის ტვინის სხვადასხვა სტრუქტურების ელექტრული გაღიზიანებით და დაზიანების მეთოდით დადგენილი იქნა სპეციფიკური სტრუქტურები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ღვიძილისა და ძილის სხვადასხვა ფაზების ჩართვაში [ Jouvet, 1961, 1967, 1972; Morrison, 1973 ].
ძილის ნეიროფიზიოლოგიური მექანიზმების კვლევაში დიდი მნიშვნელობა აქვს თავის ტვინის სხვადასხვა სტრუქტურების ელექტრული აქტიურობის შესწავლას ძილ-ღვიძილის ციკლში. პარადოქსული ძილისათვის დამახასიათებელია ჰიპოკამპის ელექტრული აქტიურობა. [ Jouvet et al., 1965; Ониани и др., 1970 ]. ამ ფენომენის აღმოჩენას დიდი მნიშვნელობა აქვს, ერთის მხრივ, პარადოქსული ძილის, ხოლო მეორეს მხრივ, თვით ჰიპოკამპის თეტა-რიტმის ფუნქციისა და ბუნების გარკვევაში. ლიტერატურაში გამოთქმულია სხვადასხვა მოსაზრება ჰიპოკამპის ფუნქციის თაობაზე, მას განიხილავენ გამოღვიძების ( arousal ) [Green, Arduini, 1954], საორიენტაციო რეაქციის [Grastyan et al., 1963], ემოციური მდგომარეობის [Ониани, 1972; Ониани и др., 1972; Konorski et al., 1968 ], დასწავლის [Adey, Dunlop, Hendrix ,1960] და ბოლოს, უნებლიე მოძრაობების კორელატად [ Whishow, Vanderwof, 1970 ]. გარდა ამისა, ჰიპოკამპის თეტა–რიტმი ითვლება პარადოქსული ძილის ეეგ – კორელატად. [Jouvet, 1959, Parmeggiani, 1967, Ониани и др., 1970].
გარდა სუმარული ელექტრული აქტიურობისა, შეისწავლება ცალკეული ნეირონების აქტიურობა ძილ–ღვიძილის ციკლში. შეიქმნა განსაზღვრული წარმოდგენა ღვიძილსა და ძილში ცალკეული ნეირონების ელექტრული აქტიურობის დინამიკის შესახებ. აღმოჩნდა, რომ აქტიური ღვიძილისა და პარადოქსული ძილის დროს მსგავსი ელექტრული აქტიურობა აღირიცხება ჰიპოთალამუსში [Mink et al., 1967; Jacobs et al., 1970; ], ნუშისებრ ბირთვში [Noda et al., 1969; Jacobs, 1971; Olmsted et al., 1973 ], თალამუსსა და ახალ ქერქში [Parmeggiani, Franzin, 1973] და დორსალურ ჰიპოკამპში [Mink et al., 1967; Noda et al., 1969; Olmstead et al., 1973; Oniani et al., 1978]. თ. ონიანის თანამშრომლების [Ониани, 1980] მიერ გამოყოფილი იქნა ორი სისტემა: მასინქრონი-ზებელი, რომელიც არეგულირებს ნელტალღოვან ძილს და მადესინქრონიზებელი, რომლითაც ჩაირთვება ემოციური ღვიძილი და პარადოქსული ძილის ემოციური სტადია. ამგვარად, ნეირონული რეგისტრაციით მიღებული შედეგები ამდიდრებენ სუმარული ელექტრული აქტიურობით მიღებულ მონაცემებს, რასაც დიდი მნიშვნელობა აქვს ძილ–ღვიძილის ციკლის ნეიროფიზიოლოგიური მექანიზმების კვლევაში.
კატებში ძილ–ღვიძილის ციკლში თავის ტვინის ელექტრული აქტიურობის შესწავლის საფუძველზე ნელტალღოვანი ძილი (ნტძ) დაყოფილ იქნა ორ სტადიად – ზედაპირულ და ღრმა ნელ ძილად [Hess et al., 1953 ]. ადამიანის ძილის კლასიფიკაციაში გამოყოფენ 5 სტადიას. ამათგან 4 მიეკუთვნება ნელტალღოვან (non–Rem ძილი), ხოლო მეხუთე _ პარადოქსულ ძილს (Rem ძილი) [Rechtschatffen, Kales, 1969]. ცხოველებში ძილ-ღვიძილის ციკლის ეეგ შესწავლისას გამოყოფილი იქნა ნელტალღოვანი ძილიდან პარადოქსულ ძილში გარდამავალი სტადია, რომლისთვის დამახასიათებელია ახალი ქერქისა და ჰიპოკამპის ელექტრული აქტიურობის დესინქრონიზაცია [Naquet ,Lairy, 1973; Salzarulo, 1973]
ძილ–ღვიძილის ციკლში გამოიყო სამი ძირითადი მდგომარეობა: ღვიძილი, ნელტალღოვანი ძილი და ძილი, რომლისთვისაც დამახასიათებელია ღვიძილის მდგომარეობის მსგავსი დესინქრონიზებული ელექტრული აქტიურობა, რის გამოც მას უწოდებენ პარადოქსულ ძილს [ Dement et al., 1958; Jouvet, Micheo, 1959; Jouvet, 1967; Oniani et al., 1970 ].
თავის ტვინის ელექტრული აქტიურობის შესწავლის საფუძველზე დემენტის [ Dement, 1969 ] მიერ პარადოქსული ძილის ეეგ კორელატები დაყოფილ იქნა ტონურ და ფაზურ კომპონენტებად. ტონურ კომპონენტებს მიეკუთვნება ახალი ქერქის ელექტრული აქტიურობის დესინქრონიზაცია და ჰიპოკამპში _ თეტა-რიტმი, ხოლო ფაზურ კომპონენტებს წარმოადგენს პონტო-გენიკულო-ოქციპიტალური (პგო) ჯგუფური განმუხტვები და თვალების სწრაფი მოძრაობა [Brooks, 1963; Brooks, 1967], მაგრამ პარადოქსული ძილის ეეგ კორელატების მსგავსი დაყოფა იწვევს კამათს, განსკუთრებით ტონურ კომპონენტებთან მიმართებაში. კერძოდ, პძ ეეგ კორელატების შესწავლისას თ. ონიანის ლაბორატორიაში [Ониани и др. 1973; Ониани, 1980] ნაჩვენები იქნა, რომ ელექტრონეოკორტიკოგრამა და ელექტროჰიპოკამპოგრამა განიცდიან კანონზომიერ ცვლილებას. სწორედ ამ ცვლილებებისა და სომატოვეგეტატიური ძვრების მიხედვით პარადოქსული ძილი დაყოფილ იქნა 3 სტადიად: 1. ნელტალღოვანი ძილიდან პარადოქსულ ძილში გარდამავალი სტადია, როცა ახალ ქერქსა და ჰიპოკამპში აღირიცხება დესინქრონიზებული ელექტრული აქტიურობა, 2. ჰიპოკამპის თეტა – რიტმის პრევარილების სტადია, როცა ჰიპოკამპში აღირიცხება თეტა–რიტმი, ხოლო ახალ ქერქში დესინქრონიზებული ელექტრული აქტიურობა (ემოციური ფაზა). და ბოლოს, 3. ჰიპოკამპის თეტა–რიტმის შემცირება და ახალ ქერქში ალფა რიტმის აღმოცენება (არა ემოციური სტადია). გამოთქმული იყო მოსაზრება, რომ მეორე სტადია უნდა შეესაბამებოდეს ბიოლოგიური მოთხოვნილების აღმოცენებას, ხოლო მესამე სტადია უნდა ასახავდეს მოთხოვნილების დაკმაყოფილების იმიტაციას. ზემოთქმულიდან გამომდინარეობს, რომ პარადოქსული ძილის დროს თავის ტვინის მოტივაციურ–ემოციური ცენტრები მუშაობენ ისევე კოორდინირებულად, როგორც ღვიძილის დროს. გარდა ამისა, ძილ-ღვიძილის ციკლში ნეო- და არქიპალეოკორტექსის ელექტრული აქტიურობის დინამიკის შესწავლისას შეიძლება გამოყოფილ იქნას ღვიძილის ორი სახე: ელექტროენცეფალოგრამული (ეეგ) და ქცევითი ღვიძილი. კატებზე ჩატარებული ცდებით ნაჩვენები იყო, რომ ეეგ ღვიძილის მექანიზმი ლოკალიზებული უნდა იყოს მეზენცეფალურ ბადებრივ წარმონაქმნში, ქცევითი ღვიძილის ცენტრი კი _ უკანა ჰიპოთალამუსში [Feldman, Walter, 1969; Hobson, 1965; Ониани, 1976,]. თავის მხრივ პარადოქსული ძილი წარმოადგენს იზოლირებულ ეეგ ღვიძილს ქცევითი ღვიძილის გარეშე. ამ დროს აღირიცხება ძლიერი თეტა-რიტმი, რომლის დროსაც აგზნებულია უკანა ჰიპოთალამუსი, მაგრამ სპინალური რეფლექსების ძლიერი შეკავების გამო ცხოველი არ იღვიძებს. [Pampeiaro, 1965]. ამგვარად, თავის ტვინის ემოციური აგზნებადობა შესაძლებელია როგორც ქცევითი ღვიძილის დროს, ისე მის გარეშეც. [Ониани ,1976].
ზემოთმოყვანილი მონაცემებიდან ჩანს, რომ ძილ-ღვიძილის ციკლის განვითარება და რეგულირება განპირობებულია თავის ტვინის სპეციფიკური სტრუქტურების აქტიური მონაწილეობით. მეორეს მხრივ, დაგროვდა საკმაოდ სოლიდური მონაცემები, რომელთა თანახმადაც ძილ-ღვიძილის ციკლის გენეზისში მნიშვნელოვან როლს უნდა თამაშობდეს ქიმიური ნივთიერებები. ამგვარად, საფუძველი ჩაეყარა ძილის მონოამინერგულ თეორიას.
მე-20 საუკუნის 60-იან წლებში თავის ტვინის ღეროში აღმოჩენილ იქნა ბიოგენური ამინების შემცველი ნეირონები, რომლებიც ძირითადად კონცენტრირებულია ნაკერის ბირთვების და ლურჯი ლაქის კომპლექსში. ნაკერის ბირთვების ნეირონები ძირითადად შიცავენ სეროტონინერგულ, ხოლო ლურჯი ლაქა კი _ ადრენერგულ ნეირონებს. აღნიშნული მონაცემებისა და თავის ტვინის ცალკეული სტრუქტურების ელექტროფიზიოლოგიური (ელექტრული გაღიზიანებით ან დაზიანებით) და ფარმაკოლოგიური გამოკვლევების საფუძველზე ჟუვეს [Jouvet 1967, 1969] მიერ მოწოდებულ იქნა ჰიპოთეზა ნელტალღოვანი ძილის სეროტონინერგული და პარადოქსული ძილის ნორადრენერგული ბუნების შესახებ. ჟუვეს მიხედვით [Jouvet 1967,1969], ძუძუმწოვართა ძილ-ღვიძილის ციკლს საფუძვლად უნდა ედოს რთული ციკლური ბიოქიმიური გარდაქმნები.
საინტერესო მონაცემები ღვიძილისა და ძილის მექანიზმების თაობაზე მოცემულია სიგელის [Siegel, 2004] ბოლოდროინდელ მიმოხილვით სტატიაში, რომლის მიხედვით ღვიძილის (arousal) სისტემა მოიცავს ორ – პედიკულო-პონტინ-ტეგმენტალურ და ლატერო-დორსალ-ტეგმენტალურ ბირთვებს, რომლებიც გაერთიანებულია პერიბრაქიალურ ბირთვში. იმუნოჰისტოქიმიური მეთოდით შესწავლისას ნაჩვენები იქნა, რომ ეს უკანასკნელი შეიცავს აცეტილქოლინის მასინთეზირებელ ნეირონებს [Jonet, Beaudet 1987], რომლებიც წარმოადგენენ მთავარ აღმავალ arousal-სისტემას. თავის მხრივ, პერიბრაქიალური ნეირონები ქერქს უკავშირდებიან ორი – დორსალური და ვენტრალური გზით. დორსალური გზა ქერქს უკავშირდება თალამუსის არასპეციფიკური ბირთვების დიფუზური სისტემით, რომელთა ტერმინალები გამოყოფენ გლუტამატს _ ამაგზნებელ ამინომჟავურ ტრანსმიტერს, ხოლო ვენტრალური გზა გაივლის ბადებრივ წარმონაქმნს და შემდეგ უერთდება უკანა ჰიპოთალამუსს. უკანა ჰიპოთალამუსიდან აფერენტები მიემართებიან მთელი ქერქისაკენ და გამოყოფს ჰისტამინს, რომელიც წარმოადგენს ძლიერ ამაგზნებელ ფაქტორს arousal-სისტემისათვის. გარდა ამისა, ჰიპოთალამუსში ნანახია ორექსინის ანუ ჰიპოკრეატინის შემცველი ნეირონები, რომლებიც აგრეთვე პროეცირდებიან ქერქში და წარმოადგენენ arousal-სისტემის ძლიერ ამაგზნებელ საშუალებას.
ნელტალღოვანი ძილის გამოწვევის მიზეზი უნდა იყოს arousal– სისტემის დათრგუნვა. წინა ტვინის ბაზალური უჯრედები, გარდა arousal – სისტემის ამაგზნებელი აცეტილქოლინერგული უჯრედებისა, შეიცავენ გამაამინოერბომჟავურ (გაემერგულ) ნეირონებს. მათ მიერ გამოყოფილი გაემ აკავებს ჰიპოთალამუსის ჰისტამინურ ნეირონებს, რაც ქერქის დონეზე იწვევს შეკავებას. გარდა ამისა, გამოთქმულია მოსაზრება, რომლის თანახმად ორგანიზმში მყოფი ენდოგენური ადენოზინტრიფოსფორმჟავა ააქტიურებს გაემ-ს და ამით ხელს უნდა უწყობდეს ძილის დადგომას.
პარადოქსული ძილის ჩართვა-გამორთვა განპირობებული უნდა იყოს მეზენცეფალურ ტვინის ღეროში მდებარე პერიბრაქიალური ბირთვების ქოლინერგული ნეირონების აქტივაციის გაზრდით. იგივე მექანიზმებით უნდა ხორციელდებოდეს ქერქისა და ლიმბური სისტემის აქტივაცია პარადოქსული ძილის დროს. პარადოქსული ძილის შეწყვეტა და მისი გადასვლა ნელტალღოვან ძილში გამოწვეული უნდა იყოს ლურჯი ლაქისა და ნაკერის ბირთვების აქტივაციით, რომლებიც გამოჰყოფენ ნორეპინეფრინსა და სეროტონინს. შესაბამისად, ეს ამინერგული ტრანსმიტერები შემაკავებლად მოქმედებენ პერიბრაქიალური ნეირონების ქოლინერგულ ნეირონებზე და ამგვარად იწვევენ პარადოქსული ძილის შეწყვეტას. პარადოქსული ძილის ჩართვასა და გამორთვაში უნდა მონაწილეობდნენ გლუტამატისა და გაემ-ის შემცველი ინტერნეირონები. გარდა ამისა, პარადოქსული ძილის დროს ქერქის აქტივაცია და კუნთების ატონია უნდა ხორცი-ელდებოდეს ტვინის სხვა სტრუქტურების და ნეიროტრანსმიტერების მონაწილეობით.
