очистка мозга во время сна
Ученые: во время сна мозг очищается от токсинов
Мозг использует периоды сна для того, чтобы избавиться от токсинов, накопившихся в нем в течение дня.
Группа американских ученых полагает, что этот механизм является одной из основных причин сна.
Они обнаружили, что во время сна нейроны уменьшаются в размерах и между ними возникают пространства, которые заполняются мозговой жидкостью.
В статье, опубликованной в журнале Science, ученые также высказывают предположение, что нарушения в механизме удаления токсичных белков могут иметь отношение к возникновению болезней мозга.
Биологов уже давно интересует вопрос о том, почему все животные погружаются в сон, несмотря на то что это делает их более уязвимыми для хищников.
Уже в течение некоторого времени известно, что сон играет важную роль в формировании воспоминаний и обработке усвоенной информации, однако ученые из медицинского центра при университете Рочестера пришли к выводу, что одной из главных функций сна может быть очищение мозга.
Система орошения
Результаты наблюдений ученых основаны на открытии в прошлом году так называемой глимфатической системы, которая действует в мозгу специально для удаления вредных веществ.
Ученые, которые сканировали мозг мышей, обнаружили, что во время сна глимфатическая система увеличивает свою активность в 10 раз.
По словам доктора Неделигаарда, этот механизм является критически важным для нормального функционирования мозга, однако он может работать только в периоды сна.
По ее словам, истинное значение этих результатов станет очевидным только после исследований на людях, и проведение подобных экспериментов с использованием магнитно-резонансной томографии относительно несложно организовать.
Исследователи считают, что к возникновению таких заболеваний имеет отношение механизм очистки мозга, но подчеркивают, что необходимы новые исследования.
Ученые впервые выяснили, как мозг очищается от токсичных веществ
Ученые из Бостонского университета (США), наблюдая за процессами, происходящими в мозге во время глубокого сна, сделали открытие, которое, по их мнению, может дать новое понимание старения и неврологических расстройств, связанных с нарушениями сна. Результаты исследования на днях опубликованы в журнале Science.
Специалисты обнаружили ранее неизвестный механизм, суть которого в следующем: во время глубокого сна головной мозг омывает пульсирующими волнами спинномозговая жидкость. Это происходит каждые 20 секунд, во время которых мозг очищается от токсичных веществ. По словам Лауры Льюис, процесс можно сравнить с хорошей прачечной для мозга.
Как только человек засыпает, слабеет активность нервных клеток, вслед за этим кровь покидает области мозга, освобождая место для спинномозговой жидкости, которая омывает области мозга пульсирующими волнами. Все это занимает несколько секунд, во время которых спинномозговая жидкость вымывает токсичные белки.
Коллеги Льюис предполагают, что с возрастом уменьшается активность нейронов, в результате чего в головном мозге пульсирует меньше жидкости и накапливается больше вредных белков. Чтобы проверить эту гипотезу, ученые планируют дальнейшие исследования с участием пожилых добровольцев.
Как отходы «вымываются» из нашего мозга во время сна
Впервые исследование показало, как спинномозговая жидкость во время сна волнообразно омывает головной мозг, помогая очистить его от отходов жизнедеятельности.
Недавно Medical News Today сообщили об исследовании, которое показало, что специализированные иммунные клетки во время сна более активно заняты выполнением работ по обслуживанию мозга.
Исследователи знают, что сон важен не только для того, чтобы мозг мог обновляться, но и для процессов «очистки».
Тем не менее, многие механизмы, посредством которых происходит это очищение от мозговых отходов во время сна, остаются неясными.
Исследователи из Бостонского университета в штате Массачусетс обнаружили, что во время сна жидкость, присутствующая в мозге и спинном мозге — называемая спинномозговой жидкостью — вымывается и выходит, подобно волнам, помогая мозгу избавиться от накопленного метаболического «мусора».
«Мы уже давно знаем, что в нейронах есть эти электрические волны активности. Но до сих пор мы не осознавали, что в спинномозговой жидкости тоже есть волны», — объясняет соавтор исследования Лора Льюис.
Сложный процесс синхронизации
Новое исследование, результаты которого опубликованы в журнале Science, включало 13 участников в возрасте 23–33 лет, которые согласились пройти сканирование мозга во время сна.
Процесс был сложным. Участники должны были носить шапки ЭЭГ, которые позволяли исследователям измерять электрическую активность в мозге, лежа в аппарате МРТ, где они должны были спать.
Однако спать в этом месте может быть сложно, так как МРТ очень шумные. «Оказалось, что работа участников на самом деле почти самая трудная часть нашего исследования», — говорит Льюис.
«У нас есть все это модное оборудование и сложные технологии, но часто главная проблема заключается в том, что люди не могут заснуть, потому что они находятся в гулкой металлической трубе, и это просто непривычная среда», — отмечает она.
Несмотря на эти проблемы, исследователям удалось — вероятно, впервые — контролировать активность спинномозговой жидкости в мозге участников во время сна.
Они увидели, что спинномозговая жидкость, по-видимому, «синхронизируется» с мозговыми волнами, что, вероятно, помогает удалить мозговые отходы. Эти отходы включают в себя потенциально токсичные белки, которые в противном случае могут образовывать отложения, нарушающие обмен информацией между нейронами.
Эти результаты, добавляют исследователи, могут также пролить новый свет на основные механизмы в таких условиях, как болезнь Альцгеймера, в которой токсичные белковые бляшки играют ключевую роль в потере памяти и других когнитивных нарушениях.
Они также объясняют, что нормальное старение может быть связано с ухудшением самоочищения в мозге. С возрастом человеческий мозг имеет тенденцию генерировать меньше медленных волн, которые могут уменьшить кровоток в мозге, а также пульсации спинномозговой жидкости.
«Это такой драматический эффект», — подчеркивает Льюис. «Цереброспинальная жидкость, пульсирующая в мозгу во время сна, была чем-то, чего мы не знали, и теперь мы можем просто взглянуть на одну область мозга и немедленно получить информацию о его состоянии».
Каковы причинно-следственные связи
В дальнейшем Льюис и его коллеги стремятся ответить на несколько интригующих вопросов. Во-первых, они хотели бы нанять пожилую группу для своего следующего исследования, чтобы выяснить, влияет ли естественное старение на работу спинномозговой жидкости в головном мозге.
Затем они также хотели бы установить, как мозговые волны, кровоток в мозге и спинномозговая жидкость могут синхронизироваться, чтобы «вымывать» отходы.
«Мы действительно видим, что сначала происходит нервное изменение, а затем за ним следует поток крови из головы, а затем волна спинномозговой жидкости в голову», — говорит Льюис. Тем не менее, она добавляет, что всё ещё остаётся множество неизвестных процессов.
Команда считает, что, когда нейроны отключаются во время сна, им нужно меньше кислорода, что приводит к оттоку крови из мозга. Это, в свою очередь, означает, что давление в мозге также падает, и поэтому уровень спинномозговой жидкости необходимо повышать, чтобы поддерживать нормальное давление в отсутствие крови.
«Но это только одна возможность. Каковы причинно-следственные связи? Является ли один из этих процессов причиной других? Или есть какая-то скрытая сила, которая управляет всеми из них?»
Этот блог не предназначен для обеспечения диагностики, лечения или медицинских советов. Информация на этом блоге предоставлена только в информационных целях. Пожалуйста, проконсультируйтесь с врачом о любых медицинских и связанных со здоровьем диагнозах и методах лечения. Информация на этом блоге не должна рассматриваться в качестве замены консультации с врачом. Заявления, сделанные о конкретных товарах в статьях этого блога не подтверждены для лечения, диагностики или предотвращения болезней.
Сон «промывает» мозги
Если в поисковую систему Яндекс ввести вопрос «для чего нужен сон?», она выдаст около 18 млн ссылок! Это является достаточным свидетельством важности и актуальности темы, с давних лет привлекавшей внимание ученых. Неудивительно, что в список ведущих открытий года, по версии «Science» вошли исследования на мозге, позволившие наконец пролить свет на одну из тайн сна
Ученые из Медицинского центра Рочестерского университета (США), проведя детальное многостадийное исследование на лабораторных мышах, проанализировали изменения обмена веществ в мозге во время сна и бодрствования. Для этого в субарахноидальное пространство (в полость между мягкой и паутинной мозговыми оболочками головного и спинного мозга, заполненную спинномозговой жидкостью) и в общий кровоток (в бедренную вену) они параллельно вводили красящие индифферентные метки, а затем следили за их распределением в верхнем слое коры мозга. Стадии сна и бодрствования документировались на основе данных точечной электрокортикографии и электромиографии.
Оказалось, что переход из состояния бодрствования в состояние сна сопровождался резким (на 60 % в течение 20—30 мин) увеличением протока жидкости в недавно открытой исследователями глимфатической системе – заполненной спинномозговой жидкостью системе каналов, сформированной клетками мозговой ткани (глии), обслуживающей нейроны. Во время сна эти каналы расширялись, и в спинномозговой жидкости возрастала концентрация различных веществ. Среди последних оказался и потенциально токсичный для нервных клеток бета-амилоид – белок, в большом количестве присутствующий у пациентов с болезнью Альцгеймера. При переходе от сна к бодрствованию вывод веществ из глиальной ткани в омывающие мозг жидкости, напротив, практически прекращался.
Дальнейшие исследования с помощью красящих меток показали, что при блокаде норадренергических рецепторов мозга происходит такая же, как во сне, активация работы глимфатической системы. В результате было высказано предположение, что наступление сна инициируется накоплением определенных веществ в процессе бодрствования.
Таким образом, эти работы экспериментально подтвердили верность широко распространенной теории о сне как о стадии жизнедеятельности, необходимой для «очистки» мозга от вредных веществ.
Эти действительно выдающиеся результаты активно обсуждались в российском Обществе сомнологов. Нужно сказать, что о прекращении норадренергической активности клеток синего ядра мозга во время фазы быстрого сна было известно и ранее (Ротенберг, 2005), а руководитель Общества сомнологов д. б. н. В. Б. Ковальзон (Институт проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова, Москва) еще в 2012 г. выдвинул гипотезу о «вантузной» роли «медленного» сна.
Однако до недавнего времени у исследователей имелись лишь косвенные свидетельства о наличии у мозга «очистительной» системы, хотя еще в советское время отечественные ученые (М. А. Барон, А. Я. Росин и др.) выполнили ряд исследований движения спинномозговой жидкости в мозге.
Тем не менее экспериментально обнаружить и детально описать микрожидкостную систему мозга удалось только с появлением современных технологий прижизненной микроскопии, позволящей наблюдать живые ткани на глубине более одного миллиметра, и цветного функционального картирования при помощи флуоресцирующих меток. Полученные таким образом результаты дали новый импульс исследованиям, которые должны в итоге дать точный ответ на давний вопрос: «Зачем мы спим?»
Большая стирка
В свое время американскими учеными из Бостонского университета была высказана версия, что во сне спинномозговая жидкость омывает мозг, очищая его от токсичного белка. Шлак выносится из организма. Однако как работает эта стиральная машина? Каков принцип действия? Ответа не было, поэтому многие ученые встретили гипотезу довольно пессимистично.
Но авторы не отчаялись. Ими на мышах поставлены очень тонкие, изощренные эксперименты, которые позволили понять, как происходит стирка. Для этого они научили животных спать в МРТ, который следил, как в мозге движется кровь. Причем во время сна у них также постоянно измерялась энцефалограмма, показывающая активность нейронов.
В итоге такой массированной научной атаки на мышей удалось разгадать механизм действия чистки. Оказалось, что активность нейронов во время глубокого сна синхронизирована с пульсацией спинномозговой жидкости, которая волнами омывает мозг и может уносить шлаки. Более того, именно нервный импульс как бы запускает каждую следующую волну жидкости.
А недавно подобный эксперимент ученые Бостонского университета провели уже на людях, о чем рассказано в журнале Science. И здесь картина была такая же, как у животных. Во время глубокого сна нейроны работали синхронно с пульсацией спинномозговой жидкости.
Значение этой работы для медицины очевидно. Зная механизм образования шлаков, который приводит к болезни Альцгеймера, и принцип чистки с помощью глубокого сна, можно разработать эффективные методы лечения.
Скажем, с помощью суперсовременных лазеров с длиной волны 1100 нанометров. Их луч обладает высокой проникающей способностью, может работать на поверхности мозга, в его коре и оболочке. Это открывает двери для принципиально новых методов лечения, для управления чисткой мозга от токсичных продуктов во время сна.
Впрочем, сами авторы исследования пока весьма осторожны. Они говорят, что пока увидели лишь то, что между электрическими ритмами и спинномозговой жидкостью есть явная связь. Где тут причины и следствия, и действительно ли идет эффективная очистка мозга? Для ответа нужны новые эксперименты. Так что пока рано говорить, что наука со сном окончательно разобралась. Хотя большой шаг к этому сделан.
Еще одна гипотеза считает сон древним защитным эволюционным механизмом, ведь во время сна мозг сохраняет все виды активности, исключая двигательную, то есть человек становится «очень похожим на труп». Таким образом, сон защищает наших предков человека, маскируя его под мертвого.
Профессор психологии Гарварда и исследователь сна Дейдра Барретт называет сон мобилизацией ресурсов для решения проблем. Она утверждает, что во сне мозг человека работает гораздо активнее и изобретательнее.
В каком виде приходит этот SOS, как мозг на него реагирует, надо изучать. Возможно, помогут сновидения. Скажем, ряд ученых утверждают, что при заболевании пищеварительного тракта в сновидениях появляются неприятные сцены, связанные с едой, при недугах органов дыхания возникают сцены удушения. Когда страдает опорно-двигательный аппарат, появляются картины, связанные с нарушением движения. Что у нас «сбоит», то может в своеобразном виде проявляться в содержании сновидения. Пока все это только различные версии такого загадочного явления, как сон.
Активность нейронов мозга складывается в электрические волны, которые можно увидеть с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Среди этих волн есть альфа-ритмы, бета-ритмы, тета, сигма и ряд других. Они отличаются друг от друга по разным параметрам и возникают при разных состояниях: во время психического напряжения, во время спокойного бодрствования, во время сна и т. д. Сон же, как мы знаем, состоит из быстрой фазы и медленной, причем медленная делится еще на несколько стадий. Легко догадаться, что свое название фазы сна получили по быстрым и медленным электрическим ритмам.