Новое объяснение: почему все живые организмы спят по схожему распорядку

Новости МирТесен

Сон продолжает оставаться одной из наиболее сложных задач для современной науки. Несмотря на его критическую роль в поддержании как физического, так и психического благополучия человека, многие аспекты его функционирования остаются не до конца понятыми. Недавнее исследование, проведенное специалистами Мичиганского университета, позволило пролить свет на одну из наиболее примечательных особенностей сна – неизменность последовательности фаз и их воздействие на процессы формирования памяти.

Во время сна мозг последовательно проходит через две основные фазы: медленный сон (non-REM), отличающийся сниженной мозговой активностью, и быстрый сон (REM), характеризующийся активацией мозга и появлением ярких сновидений. Этот цикл свойственен всем спящим организмам, от людей до грызунов, и свидетельствует о его важности для биологических процессов. Но какова значимость этой череды?

Исследовательская группа под руководством Сары Атон, профессора в области молекулярной, клеточной и эволюционной биологии, и Михала Зоховского представила новую гипотезу. Согласно их заключениям, опубликованным в журнале PLoS Computational Biology, медленный сон способствует консолидации памяти, а быстрый сон выполняет функцию «коррекции», препятствуя смешению различных информационных потоков. Нарушение установленного порядка может привести к тому, что память не будет долговременно сохранена, а напротив, подвергнется стиранию.

В рамках исследования ученые проводили эксперименты с использованием мышей, помещая их в незнакомую среду, где одна группа грызунов получала слабый электрический импульс, а другая – нет. После этого специалисты анализировали активность мозга во время сна, уделяя особое внимание гиппокампу – структуре, играющей ключевую роль в процессах формирования памяти.

Согласно полученным данным, во время медленной фазы сна наблюдалась активация нейронов, участвующих в формировании воспоминаний, что способствовало их консолидации. Тем не менее, наиболее значимое открытие было сделано при изучении периода быстрого сна: выяснилось, что на этом этапе мозг не только сохраняет информацию, но и устраняет избыточные нейронные связи, что обеспечивает ясность и структурированность воспоминаний.

«Изменение последовательности фаз сна может привести к тому, что быстрый сон удалит информацию, которую еще не успела закрепить фаза медленного сна «, — объяснила Атон. «Процесс можно сравнить с формированием кустарника: сначала он растет свободно, а затем его подрезают и придают форму, чтобы избежать переплетений. «.

Ввиду отсутствия возможности непосредственного отслеживания активности отдельных нейронов в живом мозге, исследователи прибегли к использованию компьютерного моделирования. Были созданы модели нейронных цепей, включающих два типа клеток: возбуждающие, стимулирующие активность, и тормозящие, подавляющие ее. Также был учтен вклад ацетилхолина — нейромедиатора, концентрация которого варьируется в зависимости от фазы сна.

Согласно представленной модели, при дефиците ацетилхолина, который типичен для медленного сна, активируются возбуждающие нейроны, способствующие консолидации новых воспоминаний. В фазу быстрого сна, напротив, увеличение концентрации этого вещества стимулирует активность тормозящих нейронов, которые устраняют избыточные связи и минимизируют вероятность возникновения ошибок в памяти.

«Представьте, что у вас прошли три совещания за день«, — пояснил Зоховский. «Функция медленного сна заключается в укреплении каждого отдельного воспоминания, а быстрый сон обеспечивает точную фиксацию информации о том, кто что произнес. «.

Ученые также отмечают, что их модель является упрощенной версией, поскольку мозг в действительности обладает гораздо большей сложностью, а исследования проводились с использованием простых воспоминаний. В дальнейшем планируется проверка модели на более сложных сценариях, например, связанных с эмоциональными воспоминаниями или последовательностями событий.

«На данном этапе необходимо продемонстрировать работоспособность модели в различных условиях «, — отметил Зоховский.

Исследование, финансируемое Национальным научным фондом (NSF), Национальными институтами здоровья (NIH) и инициативой Чан Цукерберга, стало важным этапом в изучении механизмов сна. Оно проливает свет на то, почему структура сна является общей чертой для всех живых организмов, и может быть полезно при исследовании нарушений, таких как бессонница или нарколепсия, когда нормальный цикл оказывается скомпрометированным.

В следующий раз, когда вы засыпаете, помните, что ваш мозг не перестает работать. Он функционирует по определенному алгоритму: сначала происходит построение, затем очистка, чтобы после пробуждения все было упорядочено. Сон в неправильной последовательности подобен форматированию памяти.