Бессонная ночь меняет связи между клетками мозга

Фото из открытых источников

Если не спать всю ночь, то на следующее утро почувствуешь последствия. Жжение в глазах, затуманенные мысли и туман в голове, который кофе едва рассеивает. Бессонные ночи могут вызывать ощущение, будто мозг работает на пределе своих возможностей, истощен и ждет восстановления.

Новое исследование с использованием методов нейровизуализации предполагает обратное: оно показывает, что связи между клетками мозга формируются за ночь, а не истончаются. Исследователи уже много лет спорят о том, почему мы вообще спим.

Одна из ведущих теорий гласит, что в часы бодрствования укрепляются связи между клетками мозга, увеличивая синаптическую плотность, а сон частично служит для того, чтобы снизить её до приемлемого уровня. Проверить эту идею на людях оказалось непростой задачей.

Дэвид Эльменхорст из исследовательского центра Юлих (Forschungszentrum Jülich) в западной Германии, возглавил группу, которая поставила перед собой задачу зафиксировать этот процесс в живом человеческом мозге. Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS Biology.

Большая часть подтверждающих доказательств была получена от животных. Исследования, отслеживающие цикл бодрствования и сна, показали, что связи усиливаются во время бодрствования и ослабевают во время отдыха, однако никто не наблюдал подобной закономерности у живого человека.

Исследовательская группа использовала сканирование мозга, которое позволяет обнаружить определенный белок. Он перемещается по крошечным мешочкам, передающим химические сигналы между клетками мозга.

Чем больше этого белка, тем больше точек соприкосновения, что является приблизительным показателем плотности нейронных связей в головном мозге.

В исследовании приняли участие сорок здоровых взрослых, каждый из которых прошел два сканирования в течение двух дней подряд. Половина участников спала нормально между сканированиями.

Другая половина не спала около 28 часов, находясь в состоянии лишения сна, под таким пристальным наблюдением, что не могла закрыть глаза дольше, чем на моргание. Ни минуты дремоты.

Оба сканирования проводились в одно и то же время суток, поэтому биологические часы не могли исказить результаты сравнения. Группа, находившаяся в состоянии покоя, обеспечила базовый уровень, позволив подтвердить, что сканер дважды считывал данные из одного и того же мозга одинаково.

Бессонная ночь оставила явный след в мозге. В шести из восьми исследованных областей мозга после длительного бодрствования показатель связи увеличился, в то время как у отдохнувших добровольцев изменения были незначительными. Это реальные изменения, а не случайность.

Эти скачки были незначительными по величине, но они были сосредоточены в показательных местах. В гиппокампе, области, играющей центральную роль в памяти, рост составил примерно шесть процентов.

Неподалеку поднимались таламус, являющийся центром передачи информации в глубине мозга, и часть теменной коры.

Убедительную закономерность придала группа, находившаяся в тишине. Результаты двух сканирований практически совпали, что позволило исследователям понять, что повышение активности мозга у людей, страдающих от недосыпа, отражает не шум в аппарате, а пропущенную ночь.

После второго сканирования уставшим добровольцам дали немного поспать.

Во время этого восстановительного сна исследователи записали медленные мозговые волны, которые характеризуют самый глубокий и глубокий отдых, тот самый, в котором организм больше всего нуждается после недостатка пищи.

Чем больше маркеров связей накопилось у человека за ночь, тем сильнее были эти медленные волны.

Это соответствует идее «давления сна» — нарастающего стремления ко сну, которое усиливается с каждым часом бодрствования и спадает, как только вы наконец засыпаете.

Исследования на животных уже намекали на существование подобной замкнутой петли. В одном из исследований укрепление синапсов у мышей приводило к углублению сна у животных в более поздний период.

Полученные данные свидетельствуют о том, что нейронные связи в головном мозге и его потребность в отдыхе становятся более тесно связаны во время бессонных ночей, чем это можно объяснить простым сигналом усталости.

Эти изменения не были кардинальными по масштабу, составив от двух до шести процентов.

Тем не менее, они совпали с результатами экспериментов на животных и оставались стабильными в группе, а не менялись случайным образом.

В этой работе всегда присутствует осторожность. Сканирование никогда не фотографирует синапсы напрямую. Оно отслеживает белок, который их заменяет, поэтому повышение уровня сигнала указывает на то, что в связях происходят другие процессы, но точно определить, что именно изменилось, не удается.

Один неожиданный момент бросался в глаза. Изменения в мозге не коррелировали с тем, насколько сонливыми чувствовали себя люди или как они справлялись с тестом на реакцию, хотя недостаток сна снижал оба показателя.

Молекулярные признаки и ощущение тумана шли разными путями.

До сих пор представление о сне как о процессе укрепления, а затем обрезки основывалось главным образом на данных, полученных от животных. Впервые исследователи наблюдали увеличение маркеров связей в живом человеческом мозге после бессонной ночи, превратив давнюю идею в нечто измеримое.

Полученные результаты могут повлиять на то, как врачи воспринимают настроение. Бессонная ночь может на короткое время облегчить сильную депрессию, а синаптические связи, как показало одно исследование, у людей с этим расстройством, как правило, ослабевают.

Быстродействующие препараты, такие как кетамин и некоторые методы стимуляции мозга, смещают эти же связи вверх, указывая на наличие общего пути, который стоит исследовать.

Пока что потерянная ночь оставляет видимый след. Сканирование, которое её зафиксировало, даёт исследователям возможность отслеживать синапсы, когда сон и бодрствование приводят их в движение вверх и вниз. Разрезать ничего не нужно.