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?»

Лора Льюис