Чи зможемо ми незабаром спати, залишаючись при цьому бадьорими? Неймовірне відкриття Університету Вісконсин щодо мозку

Чи зможемо ми незабаром спати, залишаючись при цьому бадьорими? Неймовірне відкриття Університету Вісконсин щодо мозку

У Мадісоні дослідники змогли змусити частини мозку спати, поки тварина залишалася бадьорою. Цей експеримент щодо локального сну може одного дня змінити наш підхід до захисту пам'яті та когніції.

А що, якби частина вашого мозку могла перейти в нічний режим, поки ви продовжуєте рухатися, досліджувати, жити своїм днем, ніби нічого й не сталося? Це саме той сценарій, гідний наукової фантастики, який команда Університету Вісконсин-Мадісон нещодавно протестувала на мишах. Дослідники змогли викликати в активному мозку хвилі, типові для глибокого сну, з реальними відновлювальними ефектами. Ці роботи, опубліковані в журналі Nature Neuroscience, свідчать про те, що можна відтворити частину переваг сну, не втрачаючи свідомість. За цією ідеєю "спати, залишаючись бадьорим" ховається центральна концепція нейронаук: локальний сон мозку, де лише певні зони відпочивають. Це механіка, набагато тонша за просту кнопку паузи.

Глибокий сон: чому мозок має відпочивати

У ссавців сон не є розкішшю: це біологічна необхідність. Під час пробудження мозок навчається, переміщується та постійно аналізує своє оточення. Зв'язки між нейронами, синапси, зміцнюються та множаться. Але мозок, який ніколи не відпочиває, врешті-решт насичується, споживає більше енергії і втрачає частину своєї здатності записувати нову інформацію.

Глибокий не парадоксальний сон (NREM), який становить близько 80% сну у дорослих, слугує великим "скиданням" синапсів. Зв'язки, пов'язані з важливими спогадами, консолідуються, тоді як інші слабшають, звільняючи місце для майбутніх навчань. Це очищення супроводжується повільними хвилями: періодами інтенсивної активності («включено»), коли мільйони нейронів активуються разом, за якими слідують періоди тиші («вимкнено»), коли вони тимчасово припиняють свою активність.

Спати, залишаючись бадьорим: експеримент Університету Вісконсин-Мадісон

Протягом кількох років команда психіатра та нейробіолога Чіари Чіреллі спостерігала, що щури, а також люди, позбавлені сну, іноді демонструють сплески локальних повільних хвиль, залишаючись при цьому бадьорими. "Те, що ми робимо, по суті, це змушуємо спати в локальній області мозку. Поки ця частина консолідує спогади та відновлює здатність навчатися, інші частини залишаються свідомими, пильними та підключеними до оточення", - пояснює Чіара Чіреллі, цитована PsyPost.

Щоб перевірити цю ідею, дослідники використали оптогенетику, техніку, яка дозволяє активувати або гальмувати нейрони за допомогою світла. Дев'ятнадцять мишей утримувалися в бадьорому стані протягом п'яти годин завдяки новим об'єктам, розміщеним у їхньому вольєрі. Протягом останньої півгодини на одну сторону кори були застосовані світлові імпульси, синхронізовані з ритмом повільних хвиль, спостережуваних під час глибокого сну, тоді як інша служила контрольною зоною. Проте тварини продовжували нормально рухатися та досліджувати своє оточення.

Які переваги цього «локального сну» мозку?

Результати показують, що стимульована зона, здавалося, вже відновила частину своєї потреби у сні ще до того, як тварини заснули. Конкретно, дослідники спостерігали три основні ефекти:

• Зменшення повільних хвиль під час наступного сну в стимульованій зоні, що є ознакою того, що тиск сну вже частково зменшився.
• Зміни в мозку, порівнянні з тими, що спостерігаються після кількох годин реального сну.
• Збереження пам'яті незважаючи на позбавлення сну.

Щоб перевірити ефект на пам'ять, дослідники потім піддали мишей тесту на тактильну пам'ять. Добре відпочилі миші впізнавали новий елемент, введений у їхнє оточення. Миші, позбавлені сну, більше не могли чітко розрізняти. Натомість ті, хто отримав ритмічну стимуляцію, зберігали результати, порівнянні з групою, яка відпочила.

"Ці роботи трохи більше розкривають, чому ми спимо і як ми навчаємося, що наближає нас до кращого розуміння того, як запобігти та лікувати когнітивний спад", - прокоментувала Емі Бені Адамс, виконуюча обов'язки директора Національного інституту неврологічних розладів і інсульту, за даними PsyPost.

Шляхи для обмеження впливу нестачі сну

Хоча результати є обнадійливими, автори залишаються обережними. Лише невеликі ділянки сенсомоторної кори були націлені, і метод базується на важкій хірургії, а також на генетичній модифікації нейронів, що є підходами, які неможливо перенести в даному вигляді на людину. Отже, мета не полягає в тому, щоб замінити нічний сон кількома світловими стимуляціями. Ці роботи відкривають скоріше шлях для досліджень: зрозуміти, як локально відтворити певні відновлювальні механізми сну, щоб у підсумку обмежити наслідки нестачі сну.

Чіара Чіреллі вже згадує про технології, які є набагато менш інвазивними, зокрема транскраніальну стимуляцію, яка може дозволити індукувати у людей нейронні ритми, близькі до тих, що спостерігаються під час глибокого сну.