Даже мухам необходим сон. Но для того чтобы вовремя отреагировать на угрозу, они не могут полностью погружаться в сон. Ученые из Университетской клиники Шарите в Берлине выяснили, как мозг животного способен вызывать подобное состояние. Как описывают ученые в журнале Nature, в процессе сна мозг мухи периодически отсеивает зрительные данные, чтобы яркие визуальные раздражители могли вывести животное из сна.
Периоды отдыха и сна жизненно важны — предположительно для всех животных. «Сон необходим для физического восстановления, а у людей и многих животных он также играет ключевую роль в формировании памяти», — объясняет профессор Дэвид Овальд, руководитель исследования. Ранее было неясно, как организм снижает реакцию на раздражители, чтобы иметь возможность восстанавливаться, но при этом остается достаточно бдительным, чтобы реагировать на внешние угрозы.
Учёные во главе с Дэвидом Овальдом провели исследование, посвящённое данному вопросу, используя дрозофилу в качестве модельного организма. Благодаря крошечному размеру мозга, эти насекомые, известные как плодовые мушки и достигающие длины всего два с половиной миллиметра, являются удобным инструментом для изучения неврологических механизмов. «Наше исследование показало, что во время сна мозг мух перенастраивает сети, отвечающие за возбуждение и торможение, — поясняет Дэвид Овальд. — Это формирует своего рода фильтр, который эффективно подавляет визуальные сигналы, хотя особенно интенсивные стимулы способны преодолеть его». Подобное состояние можно представить как слегка приоткрытое окно: обычно передача сигналов блокируется, однако сильный раздражитель может прорваться сквозь него и пробудить животное.
Результаты исследования показали, что мухи, после продолжительного периода активности, испытывают усталость к вечеру и руководствуются внутренними биологическими часами. В этом процессе в двух различных областях мозга формируются медленные синхронные электрические волны, которые соединяют визуальную информацию с участками, отвечающими за ориентацию. Одна из этих областей активирует, а другая подавляет реакцию на зрительные сигналы. «Когда обе сети работают одновременно, преобладает подавляющая сеть, что приводит к блокировке обработки визуальных стимулов, – рассказывает доктор Давиде Раккулья, ведущий автор исследования из Института нейрофизиологии. – Таким образом, муха постепенно перестает реагировать на окружающую среду и может заснуть».
Чтобы выбраться из состояния сна, необходимо преодолеть определенный барьер. По словам Давиде Раккулья, это может быть достигнуто благодаря ритмичным колебаниям электрических волн. Медленные волны возникают, поскольку электрическое напряжение нервных клеток меняется вверх и вниз с частотой один раз в секунду. «Вероятно, кратковременное повышение напряжения позволяет информации проходить через этот барьер», — отмечает доктор Ракель Суарес-Гримальт, также участвовавшая в исследовании. — В этот период интенсивные зрительные образы способны преодолеть незначительное преобладание тормозящей сети мозга, что можно сравнить с тем, как муха находит возможность отреагировать».
Исследователи полагают, что медленные волны формируют «проемы», благодаря которым интенсивные стимулы способны разбудить даже спящую муху. Подобные медленные волны свойственны и сну человека. Не исключено, что наш мозг регулирует чередование периодов активности и отдыха по аналогичному принципу. «Известно, что у человека есть структура в головном мозге, отвечающая за фильтрацию информации о стимулах и участвующая в генерации колебательной активности – это таламус», – отмечает Дэвид Овальд. «Таким образом, можно предположить наличие параллелей с процессами, происходящими в мозге мухи, что может указывать на универсальный механизм сна. Однако для подтверждения этой гипотезы необходимы дополнительные исследования».
[Фото: © NeuroCure | 2470.media]