Кирилл Панов
Одновременное отключение миллиардов нейронов во время фазы медленного сна заставляют спиномозговую жидкость омывать мозг, очищая его. Во время бодрствования подобное невозможно.
Группа ученых под руководством Лоры Льюис из Бостонского университета опубликовала в журнале Science результаты своего исследования, в ходе которого стало понятно, как именно выводятся токсины из мозга во время сна. Это открывает новые возможности лечения и профилактики нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
Когда мы спим, наш мозг проходит несколько стадий и фаз сна. Исследование Льюис сосредоточилось на медленной фазе. В 2013 году был проведен эксперимент на мышах, который показал, что пока грызуны спали, токсины, такие как бета-амилоид, способствующие болезни Альцгеймера, уничтожались.
Лоре стало любопытно, как именно эти токсины выводятся и почему этот процесс происходит только во время сна. Она подозревала, что в процессе задействована спинномозговая жидкость, но она не понимала, что именно запускает процесс очищения. Поэтому ее лаборатория разработала методику исследования, в ходе которого одновременно измерялись несколько переменных.
Участники исследования засыпали в аппарате МРТ с сеткой для снятия ЭЭГ на голове, чтобы исследователи могли видеть в какой фазе сна находится человек. Тем временем с помощью аппарата МРТ измерялся уровень кислорода в крови и в мозге, а также фиксировалось количество спинномозговой жидкости, втекающее в мозг и вытекающее обратно. «У нас создалось впечатление, что каждая из этих метрик была очень важна, но то, как они меняются во время сна и как они связаны друг с другом, оставалось непонятным», — говорит Лора Льюис.
Она обнаружила, что во время медленной фазы сна волны спинномозговой жидкости омывают мозг. Показания ЭЭГ помогли показать, почему. Во время медленной фазы сна нейроны начинают синхронизироваться, включаясь и выключаясь одновременно. Поскольку все нейроны в какой-то момент прекращают работу, им не нужно много кислорода. Это приводило к тому, что в мозг поступало меньше крови, а спинномозговая жидкость заполняла освобождающееся пространство.
«Это фантастическая статья, — говорит невролог из Университета Рочестера Майкен Недергаард, который проводил исследование на мышах в 2013 году. — Я не думаю, что даже в диких фантазиях кто-то мог предположить, что электрическая активность мозга движет спиномозговой жидкостью. Так что это действительно захватывающе».
Нейроны никогда не выключаются одновременно во время бодрствования. Таким образом, давление в мозге не снижается настолько, чтобы открывать доступ волнам спиномозговой жидкости, которые циркулируют вокруг мозга и выводят из него побочные продукты метаболизма.
Ученые выяснили, как крепкий сон может помешать наступлению болезни Альцгеймера
Нервные сигналы, возникающие в мозге человека во время глубокого сна, помогают очищать его от токсических веществ, связанных с развитием болезни Альцгеймера, сообщают ученые.
Эти волны активизируются незадолго до того, как в мозге начинает пульсировать спинномозговая жидкость, которая, судя по всему, очищает мозг от токсичных элементов, пишет в журнале Science группа исследователей во главе с Лорой Льюис, доцентом кафедры биомедицинской инженерии в Бостонском университете.
Исследователи пришли к выводу, что нарушения в режиме сна могут привести к развитию деменции.
Подобный эффект ранее наблюдался у мышей, но Лора Льюис первой обнаружила его и у людей.
Вот уже несколько десятилетий ученые пытаются понять связь между развитием болезни Альцгеймера и качеством сна. Давно известно, что люди с этой болезнью плохо спят, но до сих пор окончательно не ясна взаимосвязь между сном и деменцией.
Разобраться в тайне
Последнее исследование указывает на возможность того, что люди могут, как минимум, замедлить наступление болезни Альцгеймера, сказал Национальному общественному радио США Уильям Джагуст, профессор общественного здравоохранения и нейробиологии в Калифорнийском университете в Беркли, который сам не участвовал в эксперименте Лоры Льюис.
Сама Льюис говорит, что давно известно, что сон важен для здоровья мозга, но почему это так, до сих пор было неясно.
Ученые рекрутировали 11 добровольцев, согласившихся спать в аппарате магнитно-резонансной томографии (МРТ), и наблюдали за тем, что происходит в мозге во время глубокого сна.
Среди прочего, они наблюдали за волнами спинномозговой жидкости и обнаружили, что во время хорошего сна каждые 20 секунд волны этой жидкости омывали мозг. По словам Льюис, это было похоже на стиральную машину, работающую на самых низких оборотах.
Сюрприз
Активность мозга добровольцев в МРТ изучалась чуть позже полуночи. Самих испытуемых просили накануне ложиться спать как можно позже, чтобы ко времени эксперимента они были усталыми и почти сразу погружались в глубокий сон.
Эксперимент выявил как минимум один сюрприз. Каждой волне спинномозговой жидкости предшествовал нервный сигнал, что позволило исследователям предположить, что именно это и вызывает приливы жидкости.
Одновременно с этим в мозге снижалась интенсивность кровообращения.
При болезни Альцгеймера в мозге человека накапливаются бета-амилоидные белки. Согласно наиболее распространенной теории, они играют главную роль в развитии деменции, запуская сложные процессы на клеточном и биохимическом уровнях, которые в конечном итоге приводят к нейродегенеративным изменениям в мозге.
Об этой роли бета-амилоидных белков известно давно, но сейчас складывается впечатление, что некоторые пациенты оказываются в порочном круге — дефицит полноценного сна приводит к накоплению в мозге этих белков, а это, в свою очередь, нарушает сон.
Ученые подчеркивают, что в развитии болезни Альцгеймера может быть много различных причин.
Но если глубокий сон и в самом деле играет какую-то роль в предотвращении или замедлении наступления деменции, то это может позволить разработать новые методы лечения.
Семь часов или дольше
В идеале человеку необходимо не менее семи часов сна в сутки, некоторым нужно и больше. Правильный режим сна может быть не менее важным для здоровья, чем физические упражнения или отказ от курения и чрезмерного употребления алкоголя.
Конечно, высыпаться не всегда возможно. К этому следует относиться как к здоровой диете — иногда ее не удается соблюдать все семь дней в неделю, но придерживаться ее в целом все равно полезно для здоровья.
Исследование Лоры Льюис отвечает не на все вопросы. Так, все ее волонтеры были молодыми и здоровыми людьми без малейших симптомов деменции.
Но так как эксперимент был полностью неинвазивным (если не считать необходимость спать внутри аппарата МРТ), то его можно продолжить на более пожилых людях, в особенности тех, у кого уже наблюдаются возможные первые признаки болезни Альцгеймера.
