Во сне кроется парадокс. Его кажущееся спокойствие сочетается с бурной деятельностью мозга. Ночь тихая, но мозг далек от бездействия. Во время сна клетки мозга производят всплески электрических импульсов, которые накапливаются в ритмические волны — признак повышенной функции клеток мозга.
Но почему мозг активен, когда мы отдыхаем?
Медленные мозговые волны связаны со спокойным, освежающим сном. И теперь ученые из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе обнаружили, что мозговые волны помогают выводить отходы жизнедеятельности из мозга во время сна. Отдельные нервные клетки координируются, производя ритмические волны, которые продвигают жидкость через плотную ткань мозга, омывая ткани в процессе.
Эти нейроны представляют собой миниатюрные насосы. Синхронизированная нейронная активность обеспечивает приток жидкости и удаление мусора из мозга. Если мы сможем развить этот процесс, то появится возможность отсрочить или даже предотвратить неврологические заболевания, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона, при которых избыточные отходы, такие как метаболические отходы и ненужные белки, накапливаются в мозге и приводят к нейродегенерации «.
Ли-Фэн Цзян-Се, доктор философии, первый автор, научный сотрудник отделения патологии и иммунологии
Результаты опубликованы 28 февраля в журнале Nature.
Клетки мозга управляют мыслями, чувствами и движениями тела и формируют динамические сети, необходимые для формирования памяти и решения проблем. Но для выполнения таких энергозатратных задач клеткам мозга требуется топливо. Потребление ими питательных веществ из рациона приводит к образованию метаболических отходов.
«Крайне важно, чтобы мозг избавлялся от метаболических отходов, которые могут накапливаться и способствовать развитию нейродегенеративных заболеваний», — сказал Джонатан Кипнис, доктор философии, заслуженный профессор патологии и иммунологии имени Алана А. и Эдит Л. Вольфф и исследователь BJC. Кипнис — старший автор статьи. «Мы знали, что сон — это время, когда мозг запускает процесс очистки, чтобы вывести отходы и токсины, которые он накапливает во время бодрствования. Но мы не знали, как это происходит. Эти результаты могут указать нам на стратегии и потенциальные методы лечения, позволяющие ускорить удаление вредных отходов до того, как это может привести к тяжелым последствиям «.
Но очистка плотного мозга — непростая задача. Спинномозговая жидкость, окружающая мозг, проникает внутрь и переплетается в сложных клеточных сетях, собирая токсичные отходы по мере их перемещения. При выходе из мозга загрязненная жидкость должна пройти через барьер, прежде чем попасть в лимфатические сосуды твердой мозговой оболочки — внешнего тканевого слоя, обволакивающего мозг под черепом. Но что приводит в действие движение жидкости в мозг, через него и из него?
Изучая мозг спящих мышей, исследователи обнаружили, что нейроны управляют усилиями по очистке, посылая электрические сигналы скоординированным образом, чтобы генерировать ритмические волны в мозге, объяснила Цзян-Се. Они определили, что такие волны стимулируют движение жидкости.
Исследовательская группа отключила определенные области мозга, чтобы нейроны в этих областях не создавали ритмических волн. Без этих волн свежая спинномозговая жидкость не могла бы проходить через отключенные участки мозга, а захваченные отходы не могли бы покидать мозговую ткань.
«Одна из причин, по которой мы спим, — это очищение мозга», — сказал Кипнис. «И если мы сможем усилить этот процесс очищения, возможно, удастся меньше спать и оставаться здоровыми. Не всем полезно спать восемь часов каждую ночь, и потеря сна влияет на здоровье. Другие исследования показали, что у мышей, генетически настроенных на меньший объем сна, мозг здоров. Может быть, это потому, что они более эффективно очищают мозг от отходов? Можем ли мы помочь людям, страдающим бессонницей, улучшив очистительные способности их мозга, чтобы они могли обходиться меньшим количеством сна? »
Структура мозговых волн меняется на протяжении циклов сна. Следует отметить, что более высокие мозговые волны с большей амплитудой перемещают жидкость с большей силой. Теперь исследователи заинтересованы в понимании того, почему нейроны излучают волны с различной ритмичностью во время сна и какие области мозга наиболее уязвимы для накопления отходов.
«Мы думаем, что процесс очистки мозга похож на мытье посуды», — объяснил нейробиолог Цзян-Се. «Вы начинаете, например, с широких, медленных, ритмичных вытирающих движений, чтобы убрать растворимые отходы, разбрызганные по тарелке. Затем вы уменьшаете диапазон движений и увеличиваете скорость этих движений, чтобы удалить особенно липкие пищевые отходы с тарелки. Несмотря на различную амплитуду и ритм движений ваших рук, общая цель остается неизменной: удалять различные виды отходов с посуды. Возможно, мозг корректирует метод очистки в зависимости от типа и количества отходов. »
