Как нейронные волны очищают мозг во время сна

Ученые из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе обнаружили, что мозговые волны помогают вымывать отходы из мозга во время сна. Нервные клетки координируют свои действия, создавая волны, которые продвигают жидкость через плотную ткань мозга и промывают ее.

Сон — парадоксален. Кажется, мы замираем и погружаемся в полный покой, но в это же время наш мозг необыкновенно активен. Клетки мозга производят всплески электрических импульсов, которые складываются в ритмичные волны. Нейробиологи попробовали выяснить, почему так происходит.

Медленные мозговые волны связаны со спокойным, освежающим сном. Ученые из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе обнаружили, что мозговые волны помогают вымывать отходы из мозга во время сна. Отдельные нервные клетки координируют свои действия, создавая ритмические волны, которые продвигают жидкость через плотную ткань мозга, промывая ее при этом.

Почему мозг активен во время сна

«Эти специализированные нейроны представляют собой миниатюрные насосы. Синхронизированная нейронная активность обеспечивает поток жидкости и удаление мусора из мозга», — говорит первый автор работы Ли-Фэн Цзян-Се. — «Если мы научимся влиять на этот процесс и его усиливать, появится возможность отсрочить или даже предотвратить неврологические заболевания, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона, при которых метаболические отходы и ненужные белки, накапливаются в мозге и приводят к нейродегенерации».

Клетки мозга управляют мышлением, чувствами и движениями тела и образуют динамические сети, необходимые для формирования памяти и решения, стоящих перед человеком задач. Но для выполнения таких энергозатратных действий клеткам мозга нужно топливо. А потребление питательных веществ приводит к образованию метаболических отходов.

Как мозг очищается от отходов

Соавтор работы Джонатан Кипнис говорит: «Мы знали, что сон — это время, когда мозг запускает процесс очистки, чтобы вымывать отходы и токсины, которые он накапливает во время бодрствования. Но мы не знали, как это происходит».

Очистка плотной ткани мозга — непростая задача. Спинномозговая жидкость, окружающая мозг, проникает в него и проходит сквозь сложную клеточную сеть, собирая токсичные отходы. При выходе из мозга загрязненная жидкость должна пройти через барьер, прежде чем она попадет в лимфатические сосуды твердой мозговой оболочки — внешнего слоя ткани, окутывающего мозг под черепом. Так что же обеспечивает движение жидкости в мозг, через него и из него?

Изучая мозг спящих мышей, исследователи обнаружили, что нейроны управляют усилиями по очистке, посылая скоординированные электрические сигналы и тем самым генерируют ритмичные волны, объясняет Цзян-Се. Ученые показали, что эти волны способствуют движению жидкости.

Исследовательская группа заставила «замолчать» определенные области мозга, чтобы нейроны в этих областях не создавали ритмичных волн. И ученые увидели, что без этих волн свежая спинномозговая жидкость не может течь через «молчащие области», и отходы не могут покинуть мозг.

«Одна из причин, по которой мы спим, — это очищение мозга», — говорит доктор Джонатан Кипнис.

Доктор Киннис говорит: «И если мы сможем улучшить процесс очищения, возможно, мы сможем спать меньше и оставаться здоровыми. Далеко не у каждого человека получается спать по восемь часов каждую ночь, а потеря сна влияет на здоровье. Есть исследования, которые показали, что мыши генетически запрограммированные на то, чтобы меньше спать, имеют здоровый мозг. Может быть, это потому, что они более эффективно очищают мозг от отходов? Можем ли мы помочь людям, живущим с бессонницей, усилив очищающие способности их мозга, чтобы они могли обходиться меньшим количеством сна?»

Почему меняется ритм мозговых волн

Паттерны мозговых волн меняются на протяжении циклов сна. Следует отметить, что более высокие мозговые волны с большей амплитудой перемещают жидкость с большей силой. Теперь исследователи постараются понять, почему во время сна нейроны излучают волны в разном ритме и какие области мозга наиболее уязвимы к накоплению отходов.

«Мы думаем, что процесс очистки мозга похож на мытье посуды», — объяснил нейробиолог Цзян-Се.

Как мозг работает во сне

Доктор Цзян-Се говорит: «Когда вы моете посуду, вы начинаете с больших, медленных и ритмичных вытирающих движений, чтобы убрать растворимые остатки, разбрызганные по тарелке. Затем вы уменьшаете диапазон движений и увеличиваете скорость этих движений, чтобы удалить с тарелки особенно липкие пищевые отходы. Несмотря на различную амплитуду и ритм движений рук, главная цель остается неизменной: убрать с посуды разные виды мусора. Возможно, мозг корректирует ритм и метод очистки в зависимости от типа и количества отходов».