Исследование, опубликованное 29 октября в журнале Nature Neuroscience, раскрывает физиологические процессы, стоящие за провалами внимания, вызванными истощением. Когда лишенный сна человек теряет концентрацию, его мозг инициирует масштабный отток цереброспинальной жидкости (ЦСЖ). При восстановлении внимания происходит обратный процесс — жидкость устремляется обратно в мозг.
Этот механизм не работает в одиночку. Впервые ученые продемонстрировали, что во время провалов внимания, вызванных усталостью, синхронно происходят четыре ключевых процесса: мощные пульсации потока цереброспинальной жидкости, массивные изменения в кровотоке, значительные изменения размера зрачка и появление медленных мозговых волн.
Наблюдаемые паттерны активности, особенно флуктуации ЦСЖ и медленные волны, характерны для фазы сна без быстрых движений глаз (не-REM сон). Более того, активность мозга в моменты «отключения» напоминает переход от первой ко второй стадии сна (N1 в N2), хотя человек технически бодрствует.
Ведущими авторами исследования выступили специалисты Массачусетского технологического института (MIT): доцент нейробиологии Лаура Льюис и нейробиолог-вычислитель Цзынун Ян. Их основная гипотеза заключается в том, что наблюдаемые явления представляют собой попытку истощенного мозга перейти в спящий режим, оставаясь при этом в состоянии бодрствования. Провалы во внимании сигнализируют о начале этих процессов, которые прерываются до того, как человек полностью засыпает.
В эксперименте приняли участие 26 здоровых добровольцев в возрасте от 19 до 40 лет, из которых 19 были женщинами. Каждый участник прошел две сессии с интервалом примерно в 10 дней. В первом случае они были хорошо отдохнувшими, поспав дома от 6,5 до 9 часов. Во втором — их лишали сна на всю ночь в лабораторных условиях.
Для сбора данных использовался комплекс технологий. Электроэнцефалографические (ЭЭГ) шапочки с электродами регистрировали мозговые волны. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) позволяла наблюдать за динамикой кровотока и потоков цереброспинальной жидкости. Специальные ай-трекеры отслеживали изменения размера зрачков участников. Во время сеансов добровольцы выполняли задания на внимание, например, нажимали кнопку при появлении изображения или звука, а также 25 минут отдыхали для сбора базовых показателей мозговой активности.
Несмотря на прорывные результаты, некоторые вопросы остаются открытыми. В частности, функциональное назначение столь массивных сдвигов в кровотоке пока неясно. Будущие исследования будут направлены на изучение того, как эта динамика жидкостей влияет на выведение токсичных метаболических отходов из мозга — ключевую функцию ЦСЖ во время полноценного сна.
Майкл Чи, директор Центра сна и когнитивных функций Национального университета Сингапура, не участвовавший в работе, назвал исследование «впечатляющей работой по физиологии». Он предположил, что главным дирижером этих крупномасштабных изменений в потоках жидкости, размере зрачков и мозговых сигналах является вегетативная нервная система, контролирующая бессознательные функции организма.
В то же время Чи указал на одно из ограничений исследования. Он отметил, что использование 24-часовой полной депривации сна является «тяжелой манипуляцией», которая могла вызвать «непропорционально большие эффекты». Эти эффекты могут не отражать то, что происходит в мозге при более распространенном сценарии потери всего нескольких часов сна. Понимание этих механизмов может привести к разработке новых терапевтических целей для лечения людей с нарушениями сна.
Изображение носит иллюстративный характер
Этот механизм не работает в одиночку. Впервые ученые продемонстрировали, что во время провалов внимания, вызванных усталостью, синхронно происходят четыре ключевых процесса: мощные пульсации потока цереброспинальной жидкости, массивные изменения в кровотоке, значительные изменения размера зрачка и появление медленных мозговых волн.
Наблюдаемые паттерны активности, особенно флуктуации ЦСЖ и медленные волны, характерны для фазы сна без быстрых движений глаз (не-REM сон). Более того, активность мозга в моменты «отключения» напоминает переход от первой ко второй стадии сна (N1 в N2), хотя человек технически бодрствует.
Ведущими авторами исследования выступили специалисты Массачусетского технологического института (MIT): доцент нейробиологии Лаура Льюис и нейробиолог-вычислитель Цзынун Ян. Их основная гипотеза заключается в том, что наблюдаемые явления представляют собой попытку истощенного мозга перейти в спящий режим, оставаясь при этом в состоянии бодрствования. Провалы во внимании сигнализируют о начале этих процессов, которые прерываются до того, как человек полностью засыпает.
В эксперименте приняли участие 26 здоровых добровольцев в возрасте от 19 до 40 лет, из которых 19 были женщинами. Каждый участник прошел две сессии с интервалом примерно в 10 дней. В первом случае они были хорошо отдохнувшими, поспав дома от 6,5 до 9 часов. Во втором — их лишали сна на всю ночь в лабораторных условиях.
Для сбора данных использовался комплекс технологий. Электроэнцефалографические (ЭЭГ) шапочки с электродами регистрировали мозговые волны. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) позволяла наблюдать за динамикой кровотока и потоков цереброспинальной жидкости. Специальные ай-трекеры отслеживали изменения размера зрачков участников. Во время сеансов добровольцы выполняли задания на внимание, например, нажимали кнопку при появлении изображения или звука, а также 25 минут отдыхали для сбора базовых показателей мозговой активности.
Несмотря на прорывные результаты, некоторые вопросы остаются открытыми. В частности, функциональное назначение столь массивных сдвигов в кровотоке пока неясно. Будущие исследования будут направлены на изучение того, как эта динамика жидкостей влияет на выведение токсичных метаболических отходов из мозга — ключевую функцию ЦСЖ во время полноценного сна.
Майкл Чи, директор Центра сна и когнитивных функций Национального университета Сингапура, не участвовавший в работе, назвал исследование «впечатляющей работой по физиологии». Он предположил, что главным дирижером этих крупномасштабных изменений в потоках жидкости, размере зрачков и мозговых сигналах является вегетативная нервная система, контролирующая бессознательные функции организма.
В то же время Чи указал на одно из ограничений исследования. Он отметил, что использование 24-часовой полной депривации сна является «тяжелой манипуляцией», которая могла вызвать «непропорционально большие эффекты». Эти эффекты могут не отражать то, что происходит в мозге при более распространенном сценарии потери всего нескольких часов сна. Понимание этих механизмов может привести к разработке новых терапевтических целей для лечения людей с нарушениями сна.
