«Апостериори»: Нейробиологи изучили «очистку» мозга во сне

Новости науки и технологий

Поддержите «Эхо», если вы не в России

Учёные показали, что во время сна перестраивается сама структура связей между электрической активностью нейронов, кровотоком и движением жидкости в мозге. Оказалось, что привычная картина, в которой нейроны «управляют» сосудами, работает только в состоянии бодрствования.

Мозг – это не только нейронная сеть, но и сложная физическая система. В нём постоянно циркулирует кровь и спинномозговая жидкость. Эти потоки участвуют не только в снабжении тканей кислородом, но и в удалении продуктов обмена. Считается, что особенно активно этот процесс происходит во сне – в рамках так называемой глимфатической системы.

В исследовании, опубликованном в журнале PNAS, учёные попытались понять, как именно связаны между собой электрическая активность мозга, кровоток и движение жидкости – и как эта связь меняется при переходе от бодрствования ко сну.

Для этого они использовали сразу несколько методов. Электрическую активность измеряли с помощью ЭЭГ, кровоток – с помощью функциональной МРТ, а изменения содержания воды – с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области. Все три сигнала регистрировались одновременно у одних и тех же испытуемых.

В состоянии бодрствования наблюдается хорошо знакомая картина. Активность нейронов определяет изменения кровотока. Это явление известно как нейроваскулярное сопряжение: когда участок мозга активируется, к нему усиливается приток крови. Однако во сне ситуация оказывается иной.

Исследователи обнаружили, что направленность этих связей исчезает. Вместо того чтобы один процесс «управлял» другим, система становится взаимной. Электрическая активность, кровоток и движение жидкости начинают влиять друг на друга одновременно. Иными словами, мозг переходит от иерархической схемы к более симметричной.

Одновременно с этим во сне усиливаются так называемые сверхмедленные колебания – с частотой меньше одной десятой герца. Они проявляются и в электрических сигналах, и в кровотоке. Эти медленные волны синхронизируют работу разных компонентов системы.

По мнению авторов работы, ключевую роль здесь может играть норадреналин – нейромедиатор, уровень которого во сне снижается и начинает медленно колебаться. Эти колебания способны вызывать волнообразные изменения тонуса сосудов – так называемые вазомоторные волны. В результате возникают согласованные колебания: электрическая активность, кровоток и движение ликвора оказываются синхронизированы.

Такая динамика может иметь прямое отношение к очистке мозга. Ранее уже было показано, что во сне усиливается выведение метаболитов. Новые результаты уточняют механизм: возможно, именно эти медленные волны и обеспечивают эффективное перемешивание и транспорт жидкости.

Интересно, что общее количество взаимодействий между процессами при этом не уменьшается. Меняется именно их структура. Если в бодрствовании преобладает односторонняя передача сигналов, то во сне она становится двусторонней.

Это означает, что причинно-следственные связи в мозге перестают быть строго направленными и начинают «переключаться» во времени.

Новые данные не отменяют классическую модель работы мозга, но показывают, что она применима лишь к состоянию бодрствования. Во сне мозг, по-видимому, работает по другим принципам – где важную роль играют не только нейроны, но и физические процессы в окружающей их среде.

В дальнейшем исследователи планируют подробнее изучить, как эти процессы связаны с памятью и нейродегенеративными заболеваниями. В частности, остаётся открытым вопрос, можно ли управлять этими колебаниями – и, возможно, усиливать «очистку» мозга во сне.