Сможем ли мы скоро спать, оставаясь при этом бодрыми? Удивительное открытие Университета Висконсин о мозге

Сможем ли мы скоро спать, оставаясь при этом бодрыми? Удивительное открытие Университета Висконсин о мозге

В Мэдисоне исследователи смогли заставить части мозга спать, пока животное оставалось бодрым. Этот эксперимент по локальному сну может в будущем изменить наш подход к защите памяти и когнитивных функций.

А что если часть вашего мозга могла бы перейти в ночной режим, пока вы продолжаете двигаться, исследовать, жить своей жизнью, как ни в чем не бывало? Именно такой сценарий, достойный научной фантастики, протестировала команда из Университета Висконсин-Мэдисон на мышах. Исследователи смогли вызвать в бодрствующем мозге волны, характерные для глубокого сна, с реальными восстановительными эффектами. Эти работы, опубликованные в журнале Nature Neuroscience, предполагают, что можно воспроизвести часть преимуществ сна, не теряя сознания. За этой идеей "спать, оставаясь бодрым" стоит центральная концепция нейронаук: локальный сон мозга, когда отдыхают только определенные зоны. Это гораздо более тонкая механика, чем просто кнопка паузы.

Глубокий сон: почему мозгу нужно отдыхать

У млекопитающих сон — это не роскошь: это биологическая необходимость. Во время бодрствования мозг учится, перемещается и постоянно анализирует свое окружение. Связи между нейронами, синапсы, укрепляются и множатся. Но мозг, который никогда не отдыхает, в конечном итоге перенапрягается, потребляет больше энергии и теряет часть своей способности запоминать новую информацию.

Глубокий не парадоксальный сон (NREM), который составляет около 80% сна у взрослого человека, служит большим "сбросом" синапсов. Связи, связанные с важными воспоминаниями, укрепляются, в то время как другие ослабляются, освобождая место для будущих обучений. Эта очистка сопровождается медленными волнами: периодами интенсивной активности («включено»), когда миллионы нейронов активируются вместе, за которыми следуют периоды тишины («выключено»), когда они временно прекращают свою активность.

Спать, оставаясь бодрым: эксперимент Университета Висконсин-Мэдисон

На протяжении нескольких лет команда психиатра и нейробиолога Кьяры Чирелли наблюдает, что у крыс, а также у людей, лишенных сна, иногда наблюдаются всплески локальных медленных волн, когда они остаются бодрыми. «То, что мы делаем, по сути, это заставляем спать в локальной области мозга. Пока эта часть консолидирует воспоминания и восстанавливает способность к обучению, другие части остаются сознательными, бдительными и подключенными к окружающей среде», — объясняет Кьяра Чирелли, цитируемая PsyPost.

Чтобы протестировать эту идею, исследователи использовали оптогенетику, технику, позволяющую активировать или ингибировать нейроны с помощью света. Девятнадцать мышей были удержаны в бодрствующем состоянии в течение пяти часов благодаря новым предметам, помещенным в их клетку. В течение последнего получаса на одну сторону коры мозга были направлены световые импульсы, синхронизированные с ритмом медленных волн, наблюдаемых во время глубокого сна, в то время как другая служила контрольной зоной. Тем не менее, животные продолжали двигаться и исследовать свою среду нормально.

Какие преимущества у этого «локального сна» мозга?

Результаты показывают, что стимулируемая зона, похоже, уже частично восстановила свою потребность в сне еще до того, как животные уснули. Конкретно исследователи наблюдали три основных эффекта:

• Снижение медленных волн во время следующего сна в стимулированной зоне, признак того, что давление сна там уже было частично снижено.
• Изменения в мозге, сопоставимые с теми, что наблюдаются после нескольких часов реального сна.
• Сохранение памяти, несмотря на недостаток сна.

Чтобы проверить эффект на память, исследователи затем подвергли мышей тесту на тактильную память. Хорошо отдохнувшие мыши распознавали новый элемент, введенный в их окружение. Мыши, лишенные сна, больше не могли четко различать. В то же время те, кто получил ритмическую стимуляцию, сохраняли результаты, сопоставимые с группой, отдохнувшей.

«Эти работы немного больше расшифровывают, почему мы спим и как мы учимся, что приближает нас к лучшему пониманию того, как предотвратить и лечить когнитивный спад», — прокомментировала Эми Бани Адамс, исполняющая обязанности директора National Institute of Neurological Disorders and Stroke, по данным PsyPost.

Возможности для снижения воздействия недостатка сна

Хотя результаты обнадеживают, авторы остаются осторожными. Были нацелены только небольшие участки сенсомоторной коры, и метод основан на тяжелой хирургии и генетической модификации нейронов, подходах, которые невозможно применить в текущем состоянии у человека. Цель, таким образом, не в том, чтобы заменить ночь сна несколькими световыми стимулами. Эти работы открывают скорее направление исследований: понять, как воспроизвести локально некоторые восстановительные механизмы сна, чтобы в конечном итоге ограничить последствия недостатка сна.

Кьяра Чирелли уже упоминает о технологиях, гораздо менее инвазивных, в частности о транскраниальной стимуляции, которые могут позволить вызвать у человека нейронные ритмы, близкие к тем, что наблюдаются во время глубокого сна.