Ученые объяснили, почему все живые существа следуют одному и тому же режиму сна

Сон остаётся одной из величайших загадок науки, и, несмотря на его важность для физического и психического здоровья, многие его механизмы до сих пор не имеют объяснения. В настоящее время исследования Мичиганского университета изучают один из самых интригующих его аспектов: неизменный порядок фаз и его влияние на память.

Каждый раз, когда мы спим, наш мозг чередует две основные фазы: фазу медленного сна, характеризующуюся низкой активностью мозга, и фазу быстрого сна (быстрое движение глаз), во время которой разум активизируется, создавая яркие сны. Эта закономерность повторяется практически у всех живых существ, которые спят, от людей до грызунов, что свидетельствует о важной биологической функции. Но почему этот порядок так важен?

Группа исследователей под руководством Сары Атон, профессора молекулярной, клеточной и онтогенетической биологии, и Михала Зоховски предложила инновационную теорию: медленная фаза сна укрепляет воспоминания, в то время как фаза быстрого сна «обрезает» их, предотвращая их спутывание. Согласно их выводам, опубликованным в журнале PLoS Computational Biology, изменение этой последовательности может стирать память, а не консолидировать её.

Чтобы прийти к такому выводу, исследователи работали с мышами, помещая их в новую среду, где одни получали слабый электрический разряд по лапам, а другие — нет. Затем они наблюдали за активностью мозга во время сна, уделяя особое внимание гиппокампу — ключевому отделу памяти.

Результаты показали, что во время фазы медленного сна нейроны, связанные с памятью о шоке, активировались, подкрепляя её. Но настоящее открытие произошло при анализе фазы быстрого сна: здесь мозг не только сохранял эту информацию, но и устранял лишние связи, обеспечивая чёткость и отчётливость каждого воспоминания.

Если порядок обратный, быстрый сон устранит всё, прежде чем медленный сон успеет это консолидировать, объяснил Атон. Это похоже на обрезку куста: сначала даёшь ему расти, а затем формируешь его, чтобы он не спутывался с другими.

Поскольку отследить отдельные нейроны в живом мозге до сих пор невозможно, команда обратилась к вычислительным моделям. Они моделировали нейронные цепи, включающие два типа клеток: возбуждающие (стимулирующие активность) и тормозные (подавляющие её). Они также учитывали роль ацетилхолина — нейромедиатора, уровень которого варьируется в зависимости от фазы сна.

Модель подтвердила, что в отсутствие ацетилхолина (что характерно для фазы медленного сна) возбуждающие нейроны усиливают недавние воспоминания. При переходе в фазу быстрого сна повышение уровня этого вещества активирует тормозные нейроны, которые «обрезают» ненужные связи, предотвращая спутанность сознания.

Представьте себе, что у вас три встречи в один день, объясняет Зоховски. Медленный сон закрепляет каждую из них, а быстрый сон гарантирует, что вы запомните, кто и что говорил на каждой встрече, не перепутав их.

Однако исследователи признают, что их модель является упрощением, поскольку реальный мозг гораздо сложнее, а эксперименты основывались на простых воспоминаниях. Следующим шагом станет проверка более сложных сценариев, таких как эмоциональные воспоминания или временные последовательности. Это только начало, предупредил Зоховски. Теперь нам необходимо продемонстрировать, что модель соответствует реальности в более разнообразных условиях.

Исследование представляет собой значительный шаг вперед в понимании сна, объясняя, почему его структура универсальна и потенциально имеет значение для таких расстройств, как бессонница или нарколепсия, при которых нормальный цикл нарушается. Следует понимать, что мозг не отдыхает, а работает по четким правилам: сначала строит, потом убирает, фактически выполняя форматирование памяти.