O perspectivă nouă asupra modului în care cofeina poate afecta somnul și recuperarea memoriei

Un studiu publicat recent în Nature Communications Biology de către o echipă internațională de cercetători a investigat modul în care cofeina modifică dinamica cerebrală în timpul somnului, concentrându-se pe două caracteristici emergente ale activității neuronale: complexitatea și criticitatea. Folosind electroencefalografie (EEG) înregistrată în condiții controlate de somn, cercetătorii au demonstrat că ingestia de cofeină crește complexitatea și mută activitatea cerebrală mai aproape de un regim critic, cu variații semnificative în funcție de stadiul somnului și vârstă.
Cofeina, cel mai consumat stimulent psihotrop la nivel global, este recunoscută pentru efectele sale benefice asupra vigilenței și performanței cognitive, dar și pentru impactul negativ asupra somnului, prin creșterea latenței adormirii și scăderea eficienței somnului. Ca antagonist al adenozinei, cofeina reduce presiunea homeostatică a somnului și influențează complex rețelele neurochimice implicate în reglarea somnului, inclusiv dopamina, norepinefrina, acetilcolina și GABA. De asemenea, este cunoscută pentru efecte neuroprotective, mai ales în contextul bolii Parkinson. Totuși, mecanismele prin care cofeina alterează dinamica cerebrală în somn nu sunt pe deplin elucidate.

Despre studiu

Cercetătorii au recrutat 40 de participanți sănătoși, împărțiți în două grupe de vârstă: adulți tineri (20–27 ani) și adulți de vârstă mijlocie (41–58 ani). Fiecare participant a dormit în două nopți diferite în laboratorul de somn, sub influența cofeinei (200 mg) sau a placebo-ului, într-un design încrucișat.

Au fost analizate înregistrările EEG din stadiile NREM (somn non-REM) și REM, folosind o gamă largă de parametri spectrali, metrici de entropie (SpecEn, SampEn, SpecSampEn), complexitate (Lempel-Ziv complexity, LZc) și semnale ale comportamentului critic (exponentul de scalare DFA și panta aperiodică a spectrului EEG).

Pentru a spori robustețea concluziilor, cercetătorii au folosit:

• teste statistice inferențiale (T-test, permutări),
• clasificatori ML (SVM, LDA, Random Forest),
• corecții pentru componentele aperiodice ale spectrului EEG (1/f noise),
• analize de sensibilitate pentru variațiile numărului de epoci de somn.

Rezultate

Modificări în oscilațiile EEG

În somnul NREM, cofeina a redus puterea spectrală în benzile delta, theta și alfa și a crescut-o în beta, în special în regiunile frontale și parietale. În somnul REM, s-a observat o reducere semnificativă a puterii theta, dar modificările au fost mai localizate și mai puțin marcate decât în NREM. Eliminarea componentei aperiodice (1/f slope) a evidențiat mai clar aceste efecte, sugerând că cofeina modifică nu doar oscilațiile ritmice, ci și fundalul activității neuronale.

Creșterea complexității și a entropiei

Toți indicatorii de complexitate și entropie au crescut sub influența cofeinei în NREM (Cohen’s d între 0.67–0.93), sugerând un nivel mai ridicat de impredictibilitate și integrare a semnalului EEG. În special, Lempel-Ziv complexity și Spectral Sample Entropy au fost cele mai predictive în clasificarea dintre cofeină și placebo. Exponentul DFA și panta aperiodică au scăzut, sugerând o apropiere de regimul critic, un stadiu optim între ordine și haos în care sistemele neuronale sunt cele mai eficiente în procesarea informației.

Diferențe legate de vârstă

Efectele cofeinei au fost mai pronunțate la tineri, în special în REM, unde au apărut modificări semnificative ale entropiei și criticității. În NREM, diferențele legate de vârstă nu au fost semnificative, deși efectele au fost mai reduse numeric la adulții de vârstă mijlocie. Compararea înregistrărilor de bază (noaptea cu placebo) a arătat că adulții de vârstă mijlocie aveau deja un nivel mai ridicat de entropie și complexitate, ceea ce poate explica reacția mai atenuată la cofeină.

Clasificarea prin învățare automată

Clasificatorii Random Forest au identificat complexitatea și criticitatea ca fiind mult mai informative decât puterea spectrală, în special în somnul NREM. A fost obținută o acuratețe de 75% în clasificarea condițiilor (cofeină vs. placebo) în NREM pe baza acestor metrici.

Interpretare și implicații

Aceste rezultate oferă prima demonstrație directă că cofeina crește complexitatea cerebrală în timpul somnului și determină o apropiere de regimul critic, în special în NREM. Aceste schimbări pot reflecta o stare de activare neuronală sporită și o integrare mai eficientă a informației - dar în contextul somnului, ar putea fi indicative pentru o dereglare a funcțiilor restaurative ale acestuia.

Efectele observate sugerează că, deși cofeina are beneficii cognitive în starea de veghe, administrarea ei aproape de ora de culcare poate compromite procesele de consolidare a memoriei și restaurare cerebrală din timpul somnului. De asemenea, vârsta influențează semnificativ răspunsul cerebral la cofeină, probabil prin modificări în densitatea receptorilor de adenozină și în dinamica somnului REM.

Concluzii

Studiul demonstrează că cofeina modifică în mod complex dinamica cerebrală în somn, crescând entropia, complexitatea și apropiind sistemul neuronal de un regim critic - o stare asociată cu eficiență maximă de procesare, dar posibil incompatibilă cu rolurile restaurative ale somnului profund. Efectele sunt mai marcate în somnul NREM și mai pronunțate la adulții tineri, sugerând o interacțiune între vârstă, receptorii de adenozină și arhitectura somnului.

Aceste descoperiri subliniază necesitatea reevaluării consumului de cofeină în funcție de ora administrării, vârstă și calitatea somnului, și oferă o bază pentru cercetări viitoare asupra impactului psihostimulentelor asupra funcțiilor cerebrale în timpul somnului.