Группе неврологов из Рочестерского университета (Нью-Йорк) впервые удалось найти научное объяснение необходимости состояния сна для головного мозга.
Как оказалось, сон играет ключевую роль в поддержании метаболического гомеостаза - во время сна ткани мозга самоочищаются от токсичных побочных продуктов нейральной активности, накопившихся во время бодрствования. Работа опубликована 18 октября 2017 года в журнале Science.
Новое открытие Майкен Недергаард (Maiken Nedergaard) и ее коллег основано на их предыдущей работе - летом 2012 года они сообщили в журнале Science Translational Medicine о существовании в головном мозге ранее неизвестной системы очистки тканей от продуктов жизнедеятельности, названной первооткрывателями глимфатической, по аналогии с лимфатической системой, выводящей из организма побочные продукты метаболизма. Обнаруженная учеными сеть каналов глимфатической системы, по которым с большой скоростью циркулирует спинномозговая жидкость (ликвор), расположена вокруг кровеносных сосудов и образована при помощи клеток нейроглии (совокупности вспомогательных клеток тканей мозга).
Группа Недергаард установила, что нейроглиальные клетки контролируют поток ликвора через каналы в своих мембранах. Предположив, что транспорт спинномозговой жидкости через клеточные мембраны требует значительных энергетических затрат и, следовательно, мозг не способен параллельно осуществлять процессы очистки и обработки сенсорной информации, Недергаард и ее коллеги приняли решение выяснить, меняется ли активность глимфатической системы в период сна. Для этого пришлось научить лабораторных мышей засыпать в двухфотонном лазерном микроскопе, позволяющем отследить распространение красящего вещества в тканях.
После того, как мыши засыпали, что показывала энцефалограмма их мозговой активности, в их спинномозговую жидкость вводили зеленый краситель, а после пробуждения - красный. Наблюдения за распределением зеленого и красного красителя по тканям головного мозга животных показало, что во время сна через мозг проходит значительно больший объем ликвора, чем во время бодрствования.
«Мы были поражены, до какой степени снижался поток ликвора в мозге, когда мыши пробуждались, - рассказала Недергаард. - Это заставило нас предположить, что межклеточное пространство должно значительно меняться в сознательном и бессознательном состояниях».
Благодаря введению электродов в головной мозг животных ученые установили, что во сне глиальные каналы, по которым транспортируется спинномозговая жидкость, становятся на 60 процентов шире, чем в период бодрствования.
Еще одним важным открытием группы Недергаард стало обнаружение того факта, что во сне, благодаря активной работе глимфатической системы, которую авторы сравнили с посудомоечной машиной, ткани мозга очищаются от бета-амилоидного белка вдвое быстрее, чем в состоянии сознания. Согласно амилоидной гипотезе возникновения болезни Альцгеймера, главной причиной развития заболевания служит скопление так называемых амилоидных бляшек в тканях мозга, образующихся при повышенной концентрации там бета-амилоида.
Высокая эффективность очистки мозга от нейротоксичных отходов во сне заставляет предположить, что именно дефицит сна может играть ключевую роль в развитии не только болезни Альцгеймера, но и других неврологических и нейродегенеративных заболеваний, полагает Недергаард. Полученные результаты указывают на важность состояния сна для человека. «Мы нуждаемся во сне. Он чистит мозг», - подчеркнула Недергаард.
Российские ученые подтверждают: 
Долгое время считалось, что мозг, как мышцы в теле, устаёт и ночью просто расслабляется. Но позже эксперименты показали, что во сне он продолжает активно работать.
Следующие предположения: он обрабатывает накопленную за день информацию, решает эмоциональные проблемы. Но есть ещё одна революционная гипотеза – по ночам мозг «общается» с внутренними органами и «латает» организм. О ней рассказал учёный с мировым именем, научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН Иван Пигарёв.
Иван Пигарёв – ведущий сотрудник Института проблем передачи информации. Занимается физиологией сна. Его работы известны во всём мире, многие приборы создаёт сам дома и в лаборатории.
Сон не потеря времени, а лекарство
Теорию Пигарёва принимают в медицине, но отвергают те, кто профессионально занимается сном – она ломает все устои.
Изучая вопросы сна, расхожие мнения, учёный задумался, что многие животные спят столько же, сколько и человек. Крыса, к примеру, даже больше. Но какую информацию обрабатывает во сне её мозг? А что за нравственные и эмоциональные проблемы решают по ночам, скажем, утки или кроты?
Согласитесь, ответить сложно. И вот что ещё ставило в тупик: во внутренних органах есть множество рецепторов, они постоянно собирают информацию – о температуре, кислотности, химических процессах. Куда она идёт – загадка. Ведь сигналы от глаз обрабатывают две трети коры головного мозга, а, например, данные от желудка как будто туда и не поступают.
К тому же, сами за себя говорят опыты: когда крыс лишали сна и они умирали, вскрытие показывало, что никаких изменений в мозге грызунов не было, но сильно страдали внутренние органы.
Вот такие раздумья и многолетние эксперименты привели Ивана Пигарёва к логичному выводу: во время сна мозг анализирует сообщения от внутренних органов, оценивает физическое состояние тела и занимается самолечением.
Что же именно происходит?
В ходе опытов и экспериментов учёный пришёл к выводу, что каждую ночь наш организм проводит сканирование всех внутренних органов и первым делом приводит в порядок то, что больше всего нуждается в помощи. Дальше, если вы всё ещё спите, идёт вторая очередь задач, третья.
Имеет значение фаза сна. Основное взаимодействие внутренних органов с корой мозга происходит во время медленного сна. А во время быстрого сна мозг занимается собой – ведь он тоже внутренний орган, а не только управляющий центр.
Таким образом, спать нужно ровно столько, сколько хочется. Сон – это не потеря времени, как долго считалось. Сон – важнейшая часть нашей жизни, во время которой мозг занимается сложной деятельностью. Возможно, даже более сложной, чем та, которой он занят во время бодрствования. И если мы хотим быть эффективными, здоровыми, нам нужен хороший полноценный сон. Без помех и неестественных укорачиваний.
То есть будильники по сути оказываются вредны. Хотя понятно, что нужно делать поправку на современную жизнь. Если будильник необходим, стоит хотя бы постараться уменьшить вред от него: не ставить резких и громких сигналов, лучше использовать естественные звуки природы или вообще вибрацию.
Мозг на протяжении всей жизни получает богатый опыт работы с нашим телом, учится. И постепенно может справляться с управлением разными органами тела всё быстрее. Вот и получается, что здоровые люди с возрастом начинают спать меньше. Но, заметьте, если у пожилых возникают заболевания, продолжительность сна увеличивается.
Снотворное не панацея
Когда вы засыпаете сами или когда вы пьёте снотворное – это совершенно разные вещи и они приводят к разным результатам. Таблетка может облегчить засыпание, но она не включит механизмы управления внутренними органами. На данный момент известно как минимум пять блоков переключения информационных потоков, которые переводят нас от бодрствования ко сну.
Кстати, безсонница – большая проблема. В Америке ею страдает огромное количество людей, и в России цифры с каждым годом растут. Расстройство сна ведёт к различным заболеваниям (та же язва желудка и т. д.), но к нему по-прежнему не относятся серьёзно.
– Иван Николаевич, Вы сами следуете своей теории?
– Сплю примерно по восемь часов, встаю без будильника, по чёткому режиму. И отлично себя чувствую! Вообще, я уверен, что самый продуктивный возраст для человека – от 70 до 100 лет: опыта и знаний накоплено много, а физиологически ничто не мешает быть в хорошей форме. Так что, надеюсь, главные открытия ещё впереди!
