Slovák skúmal záhady spánku. Jeho objav sa dostal do v prestížneho vedeckého časopisu Science

VIEDEŇ 17. septembra - Tomáš Eichler je vedec pôsobiaci vo Viedni. V rámci svojej práce skúmal aj procesy zaspávania a prebúdzania sa, jeho poznatky sa dokonca dostali do prestížneho magazínu Science. No aj napriek úspechu nezaháľa a do záhad spánku sa ponoril ešte intenzívnejšie. Nám prezradil viac nielen o spomínaných procesoch zaspávania a prebúdzania, ale aj o tom, čo nové sa mu podarilo objaviť len nedávno a prečo si ako svoje pôsobisko vybral práve Viedeň.

Nedávno ste sa zviditeľnili aj tým, že ste publikovali v Science. Aké kritériá musia výskumníci splniť na to, aby sa ich štúdia dostala do prestížnych vedeckých magazínov?

Science patrí k najčítanejším vedeckým časopisom na svete, ktorý by mal rutinne čítať každý vedec. O týchto poznatkoch majú prehľad všetci vedci, nielen špecialisti z odboru. Preto je snom každého vedca publikovať v Science aspoň raz za život. Málokomu sa to však podarí z nasledovných dôvodov.

Závisí to hlavne od dôležitosti a novosti objavu, kvality dát, a prínosu pre všetky sféry vedy, nielen pre špecializovanú sféru, v ktorej je vedec expertom. To je oveľa dôležitejšie ako schopnosť písať. Články v Science však musia byť napísané veľmi stručne a na jasnom príbehu ilustrovať príbeh tak, aby ho pochopil aj nešpecialista. Preto článok musí presvedčiť šéfredaktora o tom, že je hodný jeho spracovania. 95 percent zaslaných článkov neprejde týmto krokom. Článok musí neskôr prejsť nezávislou kontrolou autorom anonymných expertov, ktorí môžu vyžadovať viac experimentov pre získanie dodatočných dôkazov, alebo článok zamietnuť. Tieto kolá revízií sa môžu viackrát opakovať, až kým sa článok neakceptuje alebo definitívne nezamietne. Môže to trvať mesiace až roky. Pomáha to zaistiť väčšiu pravdepodobnosť, že údaje v článkoch sú správne, reprodukovateľné a príbeh na nich založený dáva zmysel.

Chce to teda čas, pevné nervy a veľkú dávku šťastia. Podobne to funguje aj v takmer rovnocenne prestížnych časopisoch Nature, Cell a v ich odnožiach. Z mojich skúseností je z nich Science najrýchlejší a najefektívnejší v spracovaní, ale má aj najdrsnejší americký „nátisk“. Chcel by som zdôrazniť, že články, ktoré sa nevošli do najprestížnejších a najčítanejších vedeckých časopisov časopisov Cell, Nature a Science, by sa nemali zatracovať, pretože aj tie môžu byť rovnako vysoko citované, a teda používané a nápomocné, aj keď sú spočiatku menej viditeľné.

Aký je teda recept na prevratný objav hodný publikovania?

Musíte vedieť zrealizovať dobrý nápad. Samotné nápady nestačia teda ani vo vede. Veľa vedcov má veľmi dobré nápady, ale málokto vie zrealizovať praktický experiment a poskytnúť presvedčivý dôkaz. Častokrát je to spôsobené nedostupnosťou technológií. Podľa mňa sa nám podarilo využiť rôzne inovácie našej doby spolu s našimi nápadmi na to, aby sme adresovali a zodpovedali dôležité otázky neurobiológie, ktoré tu boli dávno pred nami.

Skúmali ste procesy zaspávania a prebúdzania sa. Čo je najdôležitejším poznatkom výskumu a čo si z toho môžu zobrať bežní ľudia?

Najdôležitejším zistením je rozhodujúci dôkaz v prospech hypotézy zaspávania a prebúdzania sa, o ktorej sa doteraz len špekulovalo: mozgové bunky upadajú do stavu spánku, keď im chýbajú senzorické vnemy z prostredia. Zároveň však určité senzorické neuróny ostávajú v pozore, zatiaľ čo iné sú pasívne, aby tak mohli aktivovať nervový systém, napríklad v prípade nebezpečia. Tento proces sa nazýva vzrušivosť nervového systému (angl. Arousal), a je predpokladom vedomia a uvedomelého správania. Adresovali sme tak jednu z najväčších otázok psychológie a fyziológie, ktorou je, ako sa nervový systém aktivuje a ako ostane dlhšie aktívnym. Na to sme potrebovali zistiť, kde presne nervový vzruch vzniká a ako sa šíri.

Ako prví na svete sme dokázali pozorovať aktivitu takmer všetkých nervových buniek mozgu červa C. elegans s jednobunkovým rozlíšením a zároveň toto obrovské množstvo dát analyzovať. Pozorovali sme ako takýto nervový vzruch vzniká a šíri sa nervovým systémom. Toto pozorovanie nám pomáha pochopiť, ako je možné, že nie sme neustále v kóme, napriek tomu, že je prirodzené pre nervový systém byť v pasívnom stave. Naše výsledky naznačujú, že tendencia nervového systému upadať do spánku sa dá vysvetliť mechanizmom „attractor state“, čo by som voľne preložil ako preferovaný východiskový stav.

Čo presne znamená riadenie prechodov medzi spánkom a bdelosťou mechanizmom atraktora?

Ilustrujem to nasledovne. Predstavte si skalu kotúľajúcu sa z kopca do údolia (v rytme hudby Rolling Stones) – skala je automaticky hnaná do tohto stavu, a potrebujeme určitú energiu alebo aktivitu, aby sme ju vytlačili z údolia alebo zmenili jej smer. Ak ju však ponecháme, sama sa usadí vo svojom základnom stave v údolí. A keď je červ unavený, úloha neurónov, ktoré spúšťajú spánok, je prehĺbiť dieru v údolí, čím sa zvýši šanca, že skala do nej padne a bude ťažšie ju vytiahnuť. Naše výsledky tak podporujú ideu prominentného neurobiológa Györgyho Buzsákiho (New York University), podľa ktorej spánok môže byť pasívnym alebo východiskovým stavom mozgu za absencie vzrušivých (angl. Arusal) vnemov. A neuróny indikujúce spánok tak uložia mozog do stavu, v ktorom sa ľahšie odovzdá - oddá a nechá sa unášať spánkom.

Vyjadrili ste sa, že zistenia môžu pomôcť pri náprave porúch spánku. Aké ďalšie výskumy sú ešte na to potrebné a v akom časovom horizonte by sa mohli pretaviť do reálnej pomoci?

Pre rozlúštenie veľkých vedeckých otázok si vyberáme ten najjednoduchší možný model. Tak sa robí základný výskum. Nervový systém červa je jediný kompletne zmapovaný nervový systém spomedzi všetkých modelových organizmov s dostupnými nástrojmi molekulárnej biológie.

C. elegans má zároveň takmer všetky neurotransmitery a hormóny zhodné s človekom. Zistenia nášho základného výskumu tak poskytujú podklad pre aplikovaný výskum. Laboratóriá a firmy aplikovaného výskumu budú môcť otestovať tie isté princípy napríklad na cicavčích bunkách. Na nich môže nasledovať klinické testovanie. Takže môže trvať aj jedno a viac desaťročí, kým sa výsledky úplne pretavia do praxe.

Krásou a dôležitosťou základného výskumu však je, že sa nedá predpovedať, čo bude nápomocné hneď a nakoľko. V histórii sa ukázalo, že zdanlivo nepodstatné zistenia sa využili pre úplne iné veci, ako sa pôvodne predpokladalo. Nedávnym príkladom je aktuálny hit editovania genómu systémom CRISPR/Cas-9, ktorý je odvodený od obranného systému baktérií pred vírusmi. Napokon, len nedávno sa udelila Nobelova cena za objasnenie synaptickej neurotransmisie, k čomu prispelo objasnenie pučania vezikúl v kvasinkách. Za výskum na samotnom červovi C. elegans bolo udelených šesť Nobelových cien. Mnohé zo zistení pôvodne študovaných s iným zámerom dnes pomáhajú v boji proti rakovine.

Ako dlho ste červy skúmali a čomu všetkému ste ich počas výskumu vystavovali?

Vyvíjanie experimentov a samotné opakovanie experimentov nám zabralo približne päť rokov. Otestovali sme milióny jedincov, čo nám poskytlo najpresvedčivejší štatistický základ pre štúdium správania a fyziológie, aký momentálne existuje. Pre porovnanie, za ten istý čas by iní odborníci otestovali desiatky myší, čo udáva nižšiu štatistickú silu, a podľa mňa menej presvedčivé závery. Poskytli sme tak veľmi silný a rýchly systém pre štúdium základných funkcií spánku.

Preskúmali sme tiež, ako je čuchové vnímanie ovplyvnené spánkom a bdelosťou. Manipulovanie čuchom sme zároveň využili ako nástroj pre prebúdzanie a spúšťanie zaspávania. Červy dokážu cítiť pach rôznych koncentrácií kyslíka. Pomocou nich sme červy dokázali hromadne zobudiť, uspať alebo inak manipulovať.
Krása experimentov spočívala aj v tom, že sme pozorovali skupiny stoviek geneticky identických intaktných, voľne pohybujúcich sa zvierat, ktoré dostávali ten istý plynový podnet v rovnakom čase. To umožňuje veľmi dobrú kontrolu a porovnanie rôznych skupín zvierat s mutáciami rôznych génov. Funkciu génov dôležitých pre spánok a prebúdzanie tak vieme odhaľovať pozorovaním správania zvierat.

Pracujete vo Viedni ako neurogenetik. Poskytuje vám Rakúsko ideálne podmienky pre vašu prácu?

Rakúsko mi poskytuje dosť vedeckých možností a zároveň prostredie pre slušný a vyrovnaný život. Oproti ostatným krajinám, kde by som mohol robiť výskum na rovnako svetovej úrovni, sú tu pri rovnakom ohodnotení nižšie náklady na život a lepšia infraštruktúra, zrejme aj kvôli vyšším daniam. Mám pocit, že všetko tu funguje tak, ako má. Na to prichádzam až postupom času, lebo som takéto veci neriešil, keď som sa rozhodoval, kam na doktorát v roku 2011.

Na čom momentálne pracujete?

Hlavnou náplňou mojej práce bolo vyvíjanie genetických metód a metód spracovania obrazu pre štúdium spánku v rámci praktickej práce v laboratóriu. Zahŕňalo to tiež veľa programovania. Momentálne sa však sústreďujem na evolučné a teoretické aspekty spánku, bdelosti a iných stavov mozgu. Zároveň píšem publikáciu o ostatných komplikovanejších zisteniach mojej práce, ktoré sa nevošli do môjho článku v Science. Keďže sú oveľa komplikovanejšie, menej sexi, a neboli potrebné pre vysvetlenia v článku v Science, pôjdu do menej prestížneho časopisu.

Prezradím len toľko, že som objavil nervovú dráhu pre hormón, ktorý majú ľudia aj červy, ale u ľudí sa nevie, čo robí. V červoch C. elegans som ho charakterizoval ako signál pre zobúdzanie sa a účinkuje v inej dráhe a pre iné podnety, ako je to v prípade nervových dráh v našom článku v Science. Tieto poznatky by sa však dali v praxi použiť oveľa rýchlejšie, keďže viacero indikácií naznačuje, že aj u ľudí by tento hormón mohol riadiť prebúdzanie sa a udržiavanie bdelosti. Publikáciu paralelne dokončujem s dizertačnou prácou a mal by som s nimi čoskoro obhájiť doktorát.

Plánujete ostať žiť aj naďalej vo Viedni alebo nevylučujete v budúcnosti zmenu pôsobiska?

Viedeň som si obľúbil a najradšej by som v nej zostal. Viedeň je ako veľká Nitra, moje rodné mesto. Obe mestá sú prítulné, ale Viedeň ponúka dostatok možností pre vedeckú prácu. Zároveň mám pocit, že si ma vo Viedni ľudia všeobecne viac vážia ako vedca, ako keď som bol v Nitre a v Bratislave.

Súčasťou psychohygieny a rastu každého vedca je zmena pôsobiska a mal by ho zmeniť aspoň raz. To ho núti byť prispôsobivejším a otvorenejším voči ľuďom z rôznych kultúr. Ideálne by mal zmeniť aj odbor. Zvyčajne sú to veľmi náročné paralelné zmeny, ktoré však vedca pripravia takmer na všetko, či už vo vede, alebo aj mimo nej. Pôsobisko som menil dvakrát a skúsil som si výskum vo viacerých oblastiach, a nevylučujem, že sa budem musieť pohnúť aj niekam inam a robiť niečo iné.

Svet aj vedné odbory sa rýchlo menia a teraz cítim, že som lepšie pripravený adaptovať sa. Ak budem mať na výber, rád by som vo Viedni zostal alebo sa do nej neskôr vrátil. Výhodou Viedne je, že vždy bola medzinárodnou metropolou a je na vedeckej mape sveta. Preto prichádzate do kontaktu s rôznymi ľuďmi a tí sa tiež rýchlo obmieňajú. Zmenšuje sa teda podľa mňa šanca, že by človek zakrpatel, ak sa vo Viedni usadí.