Мышей научили «высыпаться» без сна
Может ли человек или другое животное воспользоваться преимуществами сна, не смыкая глаз? Этим вопросом задалась команда американских нейробиологов. Они провели эксперимент на грызунах и выяснили, что «включения и выключения» нейронной активности в коре бодрствующих мышей позволяют вызвать некоторые эффекты, аналогичные тем, которые появляются во время фазы медленного сна. Более того, такой подход помог добиться улучшения памяти. Теперь ученые хотят повторить эксперимент на людях.
Схема имплантации зондов в мозг мышей / © Chiara Cirelli
В первом случае активировали тормозные нейроны — это клетки, которые как бы «успокаивают» соседние нейроны и снижают их активность. При световой стимуляции в этом участке мозга возникали ритмичные колебания активности нейронов. Они напоминали медленные электрические колебания ритмов головного мозга (дельта-ритм с частотой колебания 0,5-4 герц), характерные для фазы медленного сна.
Во втором случае возбуждающие нейроны модифицировали так, чтобы их можно было временно «выключать» светом. Когда свет включался, эти нейроны переставали работать, участок мозга снова переходил в состояние резкого снижения активности.
Затем животным позволили уснуть. Записи мозговой активности показали, что стимулированная область коры почти не демонстрировала признаков потребности во сне. Судя по данным эксперимента, этот участок успел выполнить некоторые восстановительные процессы еще во время бодрствования.
Чтобы проверить, влияет ли «соноподобный эффект» на память, команда Чирелли провела второй эксперимент. Исследователи использовали тест на распознавание новой текстуры.
Схема второго эксперимента / © Chiara Cirelli
Сначала мышей поместили в контейнеры, в которых «пол» застелили ковриком с одинаковой текстурой, и выделили им 15 минут на изучение нового пространства, чтобы сформировалось «запоминание». После животных распределяли на три группы: одной дали возможность нормально поспать, вторую лишили сна, а в коре мозга бодрствующих грызунов из третьей группы ученые вызывали соноподобные циклы «включения и выключения» нейронной активности с помощью оптогенетической стимуляции.
На следующий день мышей возвратили в те же контейнеры, но теперь на одной половине пространства лежал коврик с новой текстурой. Обычно эти грызуны проявляют повышенный интерес к новым объектам и незнакомой среде. Поэтому нейробиологи оценивали память животных по тому, сколько времени они проводили на стороне с новым покрытием.
Оказалось, животные, лишенные сна, хуже распознавали изменения и проявляли слабую реакцию на новизну, тогда как грызуны, которые спали, показывали нормальное для них поведение.
Мыши, у которых во время бодрствования искусственно воспроизводили соноподобную активность мозга, вели себя так же, как животные из группы сна: они чаще исследовали участок с новой текстурой. Такое поведение свидетельствует о восстановлении памяти у бодрствующих мышей с искусственной стимуляцией. Уровень этого восстановления оказался сопоставим с показателями у животных, получавших полноценный сон.
Результаты позволяют предположить, что соноподобная активность во время бодрствования может частично воспроизвести эффекты медленного сна и улучшить память.
Следующим шагом станет проверка технологии на людях. Исследователи планируют использовать неинвазивную транскраниальную электрическую стимуляцию. Такой метод не требует хирургического вмешательства и позволяет воздействовать на мозг через поверхность головы. Однако говорить о полной замене сна пока рано.
Современная наука делит время сна у людей на две основные фазы — NREM-сон и REM-сон. В отличие от первой фазы, вторая сопровождается быстрыми движениями глаз. Ученые до сих пор не до конца понимают, почему именно чередование этих состояний обеспечивает полноценное восстановление организма. Новый эксперимент показал, что часть полезных эффектов сна можно воспроизвести искусственно, но сам сон, вероятно, еще долго останется незаменимой потребностью человека.
Научная работа опубликована в журнале Nature Neuroscience.
