Недостаток сна вызывает пульсацию жидкости в мозге, снижая концентрацию внимания

Фото из открытых источников

Новые нейровизуализационные исследования показывают, что когда люди, страдающие от недосыпа, теряют концентрацию внимания, мозг на короткое время переключается на физиологические процессы, схожие со сном, что позволяет по-новому взглянуть на причины снижения когнитивных способностей без достаточного отдыха.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Neuroscience  ученые изучали точную физиологическую динамику, связанную с временными провалами внимания во время острой депривации сна, а не с более широким клиническим синдромом «мозгового тумана», часто наблюдаемым при депривации сна. В мультимодальном исследовании использовались данные 26 здоровых взрослых, и было обнаружено, что когда у людей, страдающих от депривации сна, возникают провалы внимания, в их мозге происходит скоординированное изменение физиологических процессов, затрагивающее нейронную активность, кровоток и диаметр зрачка.

В частности, исследование показало, что эти провалы в памяти синхронизированы с низкочастотными осцилляторными волнами спинномозговой жидкости (СМЖ) большой амплитуды, характерными для сна и обычно наблюдаемыми преимущественно во время сна. Таким образом, исследование приходит к выводу, что сбои в внимании — это не случайные ошибки или нейронные нарушения, а отражение скоординированных изменений состояния мозга и тела, функциональная роль которых остается неясной, а не доказанная попытка активировать системы выведения метаболических отходов.

Недостаток сна, определяемый как плохое или недостаточное количество сна (7-9 часов для взрослых), является распространенной проблемой в современном обществе, клинически подтвержденные последствия которой варьируются от снижения когнитивных способностей до повышения риска несчастных случаев.

Хотя десятилетия исследований установили причинно-следственную связь между недостатком сна и «сбоями в концентрации внимания», определяемыми как моменты, когда человек не реагирует на очевидный стимул, конкретные нейронные и физиологические механизмы, лежащие в основе этих сбоев, остаются предметом дискуссий.

Недавние исследования показали, что во время сна без быстрых движений глаз (NREM) в мозге наблюдаются большие ритмичные волны потока спинномозговой жидкости. Эти колебания, которые в просторечии называют «промыванием мозга», хотя и являются двунаправленными и не установлены как чистый поток, способствующий выведению отходов, считаются способствующими удалению продуктов метаболизма и ранее считались несовместимыми с бодрствованием; однако это убеждение остается научно неподтвержденным.

В настоящем исследовании выдвигается гипотеза о том, что границы между сном и бодрствованием могут размываться у людей, страдающих от недосыпания, что позволяет динамике спинномозговой жидкости нарушать когнитивные функции даже в состоянии кажущегося бодрствования. Эта гипотеза проверяется в ходе мультимодального исследования с участием 26 здоровых взрослых, средний возраст которых составляет 25,6 лет.

В исследовании использовался внутригрупповой дизайн, при котором каждый участник проходил тестирование дважды: один раз после полноценного ночного отдыха и один раз после ночи полного лишения сна, контролируемой в лабораторных условиях, что позволяло контролировать межгрупповые различия.

Участникам предлагалось выполнить психомоторный тест на бдительность, в ходе которого регистрировались многочисленные физиологические показатели. Тест представляет собой стандартные, проверенные задания, требующие устойчивого внимания и быстрой реакции на визуальные или слуховые стимулы.

К основным физиологическим показателям, представляющим интерес, относились оксигенация крови участников, гемодинамика и поток спинномозговой жидкости, измеренные с помощью быстрой функциональной магнитно-резонансной томографии. В исследовании также измерялась электрическая активность головного мозга с помощью электроэнцефалографии и диаметр зрачка с помощью пупиллометрии.

Целью анализа данных было создание посекундной хронологии физиологических изменений в головном мозге и теле, сопровождающих потерю внимания у участника исследования.

Первым важным результатом исследования стало то, что участники, лишенные сна, демонстрировали значительно более медленное время реакции, а также более частые пропуски и ошибки в ответах, чем в состоянии покоя (P < 0,0001).

Анализ физиологических данных дополнительно показал, что у испытуемых, лишенных сна, наблюдались осцилляторные волны спинномозговой жидкости большой амплитуды и низкой частоты, напоминающие сон, которые вторгались в состояние бодрствования, а не устойчивый направленный поток жидкости. Мощность этих волн жидкости была статистически сопоставима с мощностью, наблюдаемой во время сна стадии N2 (24,50 дБ против 24,80 дБ).

Примерно за две секунды до зафиксированного провала внимания участник резко снизился. Этот провал совпал с сужением зрачка, за которым последовал мощный выброс спинномозговой жидкости. Когда внимание участника восстановилось, зрачок расширился, и было замечено, что спинномозговая жидкость начала поступать обратно в мозг.

Диаметр зрачка и спинномозговая жидкость продемонстрировали корреляцию (r = 0,26). Сужение зрачка, указывающее на низкий уровень возбуждения и бодрствования, совпало со значительными изменениями объема крови в головном мозге. Авторы предполагают, что эти ассоциации, вероятно, отражают общую нейромодуляторную систему возбуждения с сосудистой опосредованностью, а не прямое причинно-следственное влияние сужения зрачка на движение спинномозговой жидкости.

Наконец, данные ЭЭГ, полученные во время провалов внимания, показали существенное снижение электрической активности мозга, особенно в альфа-бета-диапазоне (10-25 Гц), что физиологически сигнализирует о кратковременном подавлении корковой возбудимости, наряду с более широкими спектральными изменениями, соответствующими преходящим состояниям низкой возбудимости мозга.

В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что мозг, лишенный сна, физиологически имитирует состояние «низкой возбудимости», обычно свойственное сну. Это состояние низкой возбудимости запускает сопряженную нейроваскулярную и осцилляторную динамику спинномозговой жидкости, а не доказанный процесс выведения жидкости, что коррелирует со значительным снижением когнитивных способностей.

Настоящее исследование предоставляет доказательства того, что нарушения внимания отражают скоординированные изменения состояния мозга и тела, потенциально представляющие собой внутренний сигнал давления сна, а не просто локализованные нейронные сбои, включая изменения диаметра зрачка, сосудистой динамики и пульсации спинномозговой жидкости.

Исследование приходит к выводу, что эта динамика отражает центральную нейромодуляторную цепь, потенциально включающую норадренергическую систему, которая модулирует как бодрствование, так и физиологию спинномозговой жидкости. Однако остается неясным, способствуют ли эти колебания спинномозговой жидкости выведению продуктов метаболизма или другим восстановительным функциям. Эти результаты подтверждают рекомендации в области общественного здравоохранения, подчеркивающие важность достаточного и качественного сна.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний