Выводы нового исследования дают свежий смысл старой пословице, утверждающей, что сон очищает ум. Учёные обнаружили, что во время сна активизируется система выведения токсинов из мозга. Это открытие приближает учёных к пониманию биологической цели сна и указывает на новые способы лечения неврологических расстройств.
«Это исследование показывает, что функциональные состояния мозга во время сна и во время бодрствования различаются, – говорит ведущий автор статьи Майкен Недергорд, доктор медицинских наук и директор медицинского центра при Рочестерском университете, – Восстановительный характер сна — это результат активации скрытой нейронной активности, направленной на выведение побочных продуктов, которые накапливаются во время бодрствования».
Прежде чем заснуть, определитесь, чего вы хотите добиться.
Исследование показывает, что активизирующийся во время сна уникальный механизм, называемый гримфатической системой, очищает мозг от токсинов, вызывающих болезнь Альцгеймера и другие неврологические расстройства. Кроме того, во время сна клетки мозга уменьшаются в размерах, что способствует более эффективному вымыванию отходов.
Предназначение сна — это вопрос, занимавший философов и учёных с античных времён. Если рассматривать этот процесс с практической точки зрения, сон — загадочное биологическое состояние. Практически каждый вид животных от плодовой мушки до кита нуждается в том, чтобы проводить какое-то время во сне.
Если предположить, что сон не выполняет никаких жизненно важных биологических функций, то, должно быть, это один из самых глобальных промахов эволюции. Ведь животное во сне уязвимо, а значит, засыпая, каждый раз рискует не продолжить род.
Ведущие учёные всегда предполагали, что должна быть какая-то существенная причина для разделения жизни на циклы сна и бодрствования. Новые результаты базируются на прошлогодних открытиях, когда Недергорд и её коллеги обнаружили ранее неизвестную науке систему выведения отходов из мозга.
Данная система отвечает за утилизацию токсинов в лимфатическую систему, у которой связи с мозгом нет. По сути, мозг — это сложная закрытая «экосистема», защищённая сложной грядой молекулярных «шлюзов», называемой гемато-энцефалический барьер. Благодаря этой преграде то, что проникает в мозг и выходит из него, подвергается жёсткому контролю.
Учёные долгое время не могли изучить процесс очистки мозга от отходов по той простой причине, что наблюдаться он может лишь в живом мозге. До появления новой технологии визуализации, а именно двухфотонной микроскопии, подобное было невозможно. С помощью этого метода учёные смогли наблюдать за деятельностью мозга мышей, являющихся для человека модельными организмами.
Так, учёными было обнаружено, что во время сна спинномозговая жидкость (ликвор) вымывает отходы из тканей мозга в кровеносную систему, которая в конечном итоге сгоняет их в печень. Своевременное удаление отходов из мозга позволяет остановить накопление токсичных белков вроде бета-амилоида, приводящего к болезни Альцгеймера. По сути, почти каждое нейродегенеративное заболевание связано с накоплением в голове подобного «мусора».
То, что глимфатическая система активна во время сна, объясняет, почему количество энергии, потребляемой мозгом в этот период, почти не уменьшается. Так как функционирование ликвора требует больших энергетических затрат, исследователи предположили, что процесс очистки мозга попросту несовместим с активной обработкой информации. Благодаря серии экспериментов на мышах, учёные обнаружили: во время сна активность глимфатической системы возрастает в 10 раз, а следовательно, значительно повышается и количество удалённого бета-амилоида.
«В распоряжении у мозга находится достаточно ограниченное количество энергии, так что ему приходится выбирать одно из двух функциональных состояний — бодрствовать и усваивать информацию или спать и очищаться, – комментирует Недергорд. – Мы можем развлекать гостей и убираться в доме, но, как правило, не делаем и то, и другое одновременно».
Ещё одним открытием стало то, что клетки мозга во время сна «сжимаются» на 60 процентов. Это сокращение расширяет пространство между клетками и позволяет ликвору более свободно циркулировать по тканям мозга. В состоянии бодрствования, напротив, расстояние между клетками мало и ограничивает поток спинномозговой жидкости.
Также исследователи обнаружили, что во время сна менее активен гормон норадреналин. Как известно, этот нейромедиатор производится как реакция на страх или другие внешние раздражители. Учёные предполагают, что норадреналин может служить главным регулятором сжатия и расширения клеток мозга во время цикла бодрствования или сна.
«Наши результаты — это большой шаг к лечению заболеваний, вызванных «загрязнением» мозга, – считает Недергорд. – Понимание процесса активации глимфатической системы — первый шаг к возможности модулировать эту систему и заставлять её работать ещё эффективнее».
Исследование опубликовано в журнале Science.
