Ученые разгадали тайну сновидений

Ученые наконец-то разгадали главную тайну сна и сновидений. Как это ни странно звучит, исследователи до сих пор не знали, почему млекопитающим, в том числе и человеку, нужно спать. Ведь многие животные вполне себе замечательно обходятся без сна. Например, те же змеи впадают в оцепенение. Разгадку тайны снов ученые нашли в деятельности мозга. 

Фото:

Следует заметить, что до недавнего времени ученые не знали, почему некоторым живым организмам, в числе которых находимся и мы с вами, нужно спать. Нет, конечно же, не вызывает сомнений то, что во время сна мы отдыхаем, как физически, так и психологически, однако это, судя по всему, вторичный эффект. В частности, те из живых существ, которые не спят (например, змеи или дельфины на первом году своей жизни), тем не менее все-таки могут отдыхать каким-то другим образом. То есть, получается, что именно для этой цели сон вовсе необязателен.

Читайте также: Мозг не отличает сон от яви

Здесь нужно сказать о том, что сном ученые считают не то состояние, когда живое существо легло, расслабилось и закрыло глаза, а физиологический процесс пребывания в состоянии с минимальным уровнем мозговой деятельности и пониженной реакцией на окружающий мир. То есть, настоящий сон характеризуется именно хоть какой-то мозговой деятельностью. У вышеупомянутых змей такового во время отдыха не происходит — они просто расслабляются, цепенеют и практически полностью "отключают" мозг (работают только центры важнейших безусловных рефлексов, да и то в фоновом режиме). Именно поэтому можно сказать, что змеи не спят.

А вот если рассмотреть картину, которая происходит во время сна в мозге млекопитающих, то она окажется принципиально иной — можно будет увидеть, что множество самых разнообразных нейронных цепочек продолжают функционировать, причем значительная часть этих активных центров отвечает не за безусловные рефлексы, а за высшую нервную деятельность. Именно эта деятельность и дарит нам то, что мы называем снами, которые с точки зрения физиолога есть ни что иное, как "микс" из дневных воспоминаний и продуктов "ночной" нейронной активности.

И вот именно эта активная деятельность в мозге во время сна и озадачивала ученых — они не понимали, зачем это нужно как для самого центра высшей нервной деятельности, так и для человеческого организма в целом. Высказывалось много гипотез — например, что в процессе сна идет сортировка того, что запомнилось за день, а после этого нужные сведения переходят из кратковременной памяти в долговременную (именно поэтому в снах и присутствуют обрывки дневных впечатлений). Есть также предположение и о том, что в то время, когда организм спит, идет активное формирование новых нейронных цепочек на основе анализа информации, полученной за день, то есть происходит своеобразное обучение.

Читайте также: Скоро мы будем учиться во сне

Впрочем, все это пока что гипотезы, для подтверждения или опровержения которых у нейрофизиологов не хватает данных. Однако недавно группа исследователей из Медицинского центра Рочестерского университета (США), которой руководит профессор Майкен Недергаард, смогла выяснить, для чего сон нужен самому мозгу. Ученые считают, что во время этого процесса происходит очищение нашего высшего центра нервной деятельности от продуктов обмена веществ, которые в больших количествах накапливаются за день в нейронах.

Напомню, что еще два года назад группа Недергаард обнаружила в головном мозге ранее неизвестную систему очистки тканей от продуктов жизнедеятельности. По аналогии с лимфатической системой, выводящей многие отходы из организма, ее назвали "глимфатической". Эта система представляет собой сеть каналов, которые образованы астроцитами — клетками нейроглии, то есть того "обслуживающего" слоя, что окружает сами нейроны. Эти каналы опутывают кровеносные сосуды и взаимодействуют с ними.

Согласно исследованиям группы Недергаард, схема очистки мозга от "мусора" выглядит следующим образом — через сосуды данной системы активно прокачивается спинномозговая жидкость с имеющимися в ней продуктами метаболизма. Когда эта жидкость доходит до кровеносного сосуда, то происходит "передача" уже ненужного мозгу "мусора", который потом уже по крови доходит до органов выделения и выводится из организма. При этом с самого начала было очевидно, что такая работа "мусороуборочной" системы зависит от действий мембранных каналов астроцитов (именно через них мусор передается от спинномозговой жидкости в кровеносный сосуд), а значит, на такую передачу требуется много энергии, ибо данные каналы не могут передавать сложные биологические вещества пассивно, то есть путем диффузии.

И вот ученые предположили, что, наверное, основная работа глимфатической системы происходит во время сна. Это выглядит вполне логичным, ведь именно тогда мозг тратит минимум энергии непосредственно на работу нейронов, и, значит, ее можно направить на уборку различных отходов. Свою гипотезу исследователи решили проверить в интересном эксперименте с мышами. Они ждали, когда зверьки заснут, а после через специальный катетер вводили им в спинномозговую жидкость зеленый краситель.

Через полчаса мышей будили и, соответственно, вводили им в мозг красящее вещество уже красного цвета. И все это время при помощи двухфотонного микроскопа, который позволяет наблюдать за живыми тканями, расположенными на относительно большой глубине, велось наблюдение за мозгом мышей — исследователи смотрели, в каких местах локализуются введенные красители. В итоге они увидели, что вещество зеленого цвета очень быстро оказывалось в каналах глимфатической системы, а потом так же оперативно поступало в кровь. Ну а красный краситель "плавал" в спинномозговой жидкости весь день и собирался в "мусоросборочных" каналах только тогда, когда мыши опять засыпали.

Более того, когда ученые в процессе этого эксперимента ввели электроды в головной мозг животных, то они установили, что во время сна глиальные каналы, по которым транспортируется спинномозговая жидкость, становятся на 60 процентов шире, чем в период бодрствования. "Мы были поражены, до какой степени снижался поток жидкости в мозге тогда, когда мыши пробуждались. Это заставило нас предположить, что межклеточное пространство должно значительно меняться в сознательном и бессознательном состояниях", — комментирует это открытие профессор Майкен Недергаард, ведущий автор работы. Она также говорит о том, что контролирует сужение каналов системы очистки при пробуждении, скорее всего, нейромедиатор норадреналин — уже давно известно, что его уровень сильно падает во время сна и возрастает при пробуждении.

Как видите, этот эксперимент наглядно подтвердил исходное предположение нейрофизиологов — глимфатическая система работает именно во время сна. Из этого следует, что сон, помимо всего прочего, действительно нужен мозгу для того, чтобы тот мог провести "капитальную уборку" своих недр. Подобное ему необходимо хотя бы потому, что скопления некоторого "мусора" в нейронах и глии может вызвать достаточно тяжелые заболевания — например, болезнь Альцгеймера. Кстати, уже давно нейрофизиологи предполагали, что возникновение этой болезни как раз может быть связано с расстройством сна.

Группа профессора Недергаард подтвердила и эту гипотезу, проведя эксперимент с меченым белком бета-амилоидом — одним из главных факторов, вызывающих болезни Альцгеймера. Именно нерастворимые отложения этого белка в нервных клетках мешают последним нормально работать и в конце концов являются главной причиной их деградации. Так вот, когда бета-амилоид, являющийся нейротоксичным продуктом обмена веществ, вводили мышам во время сна, то он быстро оказывался в глимфатической системе и выводился из мозга. А если это делали при бодрствовании зверьков, то он, поплавав по спинномозговой жидкости, начинал осаждаться именно в нейронах.

Читайте также: Здоровый сон излечит все фобии

Таким образом, по крайней мере одну функцию сна у некоторых животных выяснить удалось — во время этого состояния мозг производит очистку самого себя от различного "мусора", способного вызвать как опасные заболевания, так и просто проблемы с памятью и другими важными функциями этого органа. Хотя, скорее всего, этим дело не ограничивается — сон может быть нужен и еще для чего-нибудь. Также остается открытым вопрос и о том, каким образом очищают свой мозг те животные, которые, как мы уже говорили, не спят, а просто впадают в оцепенения. Так что, как видите, у тех, кто исследует физиологию сна, работы еще много…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"