В мозге мышей были идентифицированы определенные нейроны, участвующие в формировании потребности во сне. При блокировке их функционирования у животных наблюдается способность к длительному периоду бодрствования с минимальным желанием спать.

Сон выполняет не только восстановительные функции. В процессе бодрствования в мозге постепенно увеличивается потребность в отдыхе, которая уменьшается после сна. Одним из проявлений этого процесса являются медленные волны на электроэнцефалограмме (ЭЭГ): интенсивность этих волн возрастает по мере усиления потребности во сне и снижается во время глубокого сна. До недавнего времени ученые не имели полного представления о том, какие именно нервные клетки отвечают за накопление этой потребности.

Недавно международная группа исследователей под руководством Уильяма Джу из Базельского университета в Швейцарии провела исследование участка мозга, известного как «медианный шов» (median raphe, MR). Эта область расположена в стволе мозга и тесно связана с серотонином. Целью исследования стало определение типов клеток, реагирующих на продолжительное бодрствование.

Для достижения этой цели ученые изучили активность различных областей мозга у мышей после нескольких часов лишения сна. В результате были выявлены клетки MR, демонстрирующие повышенную активность после периода без сна, и проведено исследование их характеристик. Было установлено, что среди этих клеток доминируют GABA-ергические нейроны – клетки, использующие ГАМК в качестве тормозного нейромедиатора.

К шести часам после бессонной ночи наблюдалось повышенная возбудимость определенных нейронов. Иными словами, для генерации нервных импульсов им требовалось меньшее внешнее воздействие, и они чаще проявляли спонтанную активность. При этом подобные изменения не были зафиксированы в соседних клетках, производящих серотонин. Таким образом, различные типы нейронов демонстрируют разную чувствительность к депривации сна.

В ходе последующего исследования была подтверждена связь этих клеток с потребностью во сне. Искусственная стимуляция указанных нейронов приводила к более продолжительному и глубокому сну у мышей, в то время как подавление их активности сокращало общее время сна.

Важно отметить, что длительное одновременное снижение активности GABA-ергических нейронов и клеток, вырабатывающих серотонин, приводило к уменьшению продолжительности фазы медленного сна (NREM) у мышей почти на 70 процентов. В результате они бодрствовали значительно дольше: средняя продолжительность периодов бодрствования увеличилась более чем вдвое.

Наиболее любопытные изменения произошли после периода лишения сна. Обычно грызуны, испытывающие недостаток сна, стремятся как можно скорее погрузиться в сон, и последующий сон характеризуется большей глубиной. У мышей с подавленной активностью MR (микроглиальных клеток), однако, наблюдалось существенное отклонение от этой закономерности: они реже проявляли желание заснуть, практически не демонстрировали типичного компенсаторного сна, а генерация медленных дельта-волн на электроэнцефалограмме замедлилась.

Оказывается, эти нейроны выполняют функцию, выходящую за рамки простого перехода мозга из состояния бодрствования в состояние сна. Вероятно, они играют роль в постепенном накоплении организмом потребности в отдыхе. В случае нарушения их функционирования, животные не только сокращают продолжительность сна, но и испытывают затруднения при достижении состояния, когда сон становится необходимым.

Важно отметить, что исследователи не разработали метод безопасного отказа от сна. Примерно 17% мышей с хронически подавленной активностью указанных клеток погибли. У оставшихся в живых наблюдалась повышенная активность и способность к длительному бодрствованию. Кроме того, они демонстрировали улучшенные показатели при формировании долговременных воспоминаний. Однако, механизм этого необычного состояния требует дальнейшего изучения.

На данный момент остается неясным, какие факторы во время продолжительного периода бодрствования приводят к повышению возбудимости GABA-ергических нейронов MR. Возможно, изменяется функциональность самих клеток, их связи с другими нейронами – или же оба эти процесса происходят одновременно. Тем не менее, результаты научной работы, опубликованной в журнале Nature, продемонстрировали, что сон представляет собой нечто большее, чем просто переключение между двумя состояниями. Мозг обладает способностью самостоятельно регулировать степень необходимости сна.