Ученые впервые обнаружили, что небольшая область нашего мозга отключается, чтобы вздремнуть на микросекунды, пока мы бодрствуем. Более того, эти же области «мерцают», когда мы просыпаемся. Что все это значит?
Новые данные могут дать ключевое представление о нарушениях развития нервной системы и нейродегенеративных заболеваниях, которые связаны с нарушением регуляции сна
Ученые из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (WashU) и Калифорнийского университета в Санта-Крузе (UCSC) пришли к своему открытию совершенно случайно. В рамках своей недавней работы они заметили, как мозговые волны в одной крошечной области мозга внезапно отключаются всего на миллисекунды, когда мы бодрствуем. И в этой же области эти мозговые волны внезапно вспыхивают на такое же время, когда мы спим.
Сон или бодрствование — важнейшие факторы, определяющие наше поведение. Именно качество сна и его регулярность влияют на различные физические и ментальные заболевания
Что показало новое исследование
До сих пор состояния сна и бодрствования определялись общими паттернами мозговых волн — альфа-, бета- и тета-волнами, когда мы бодрствуем, и дельта-волнами, когда мы спим, — поэтому эти аномалии «мерцания» бросают вызов тому, что мы до сих пор понимали об этих различных состояниях.
В ходе четырехлетнего исследования, во время которого было собрано огромное количество электрофизиологических данных, ученые регистрировали напряжение мозговых волн в 10 различных областях мозга мышей. В течение нескольких месяцев они отслеживали активность небольших групп нейронов с точностью до микросекунды. Затем искусственная нейронная сеть проанализировала петабайты данных, чтобы выявить закономерности и выделить микросекундные аномалии, которые были упущены в исследованиях на людях.
«Мы видим информацию на беспрецедентном уровне детализации», — говорят авторы работы. «Раньше казалось, что там ничего не найдешь, что вся важная информация содержится в более низкочастотных волнах. В нашей статье говорится, что если вы проигнорируете обычные измерения и просто посмотрите на детали высокочастотного измерения, длящегося всего одну тысячную секунды, этого будет достаточно, чтобы определить, находится ли ткань в состоянии покоя или нет. Это говорит нам о том, что что-то происходит в очень быстром масштабе — это новый намек на то, что может происходить во сне».
С помощью машинного обучения ученые проанализировали данные о мозговой активности на протяжении миллисекунд и обнаружили, что быстрая активность между парой нейронов в одной области, по-видимому, противоречит общему правилу, но имеет основополагающее значение для сна, который обычно проявляется в виде медленно движущихся дельта-волн. И они наблюдали противоположный уровень активности в периоды, классически определяемые как бодрствование.
По сути, полученные данные показали, что даже когда мы бодрствуем, в этой небольшой области мозга несколько нейронов переключаются в спящий режим, в то время как остальная часть органа продолжает функционировать в обычном режиме.
Исследователи попытались выяснить, какую физическую реакцию можно было наблюдать во время этих кратковременных заминок. Они были удивлены, увидев, что мыши на короткое время казались «отключившимися» во время бодрствования, а во время сна животные вздрагивали в те же самые моменты «мерцания».
Полученные результаты могут дать новое представление о состояниях, связанных с нарушением регуляции сна, и стать новой мишенью для лечения нарушений развития нервной системы и нейродегенеративных заболеваний.
