Система промывания мозгов становится опасной: вот что происходит с бессонным мозгом

Туманность в голове, провалы внимания, неспособность сосредоточиться. Почти каждый испытывал эти ощущения после бессонных ночей: они не чувствуют себя такими бодрыми, как следовало бы. Почему это происходит? Новое исследование Массачусетского технологического института в Бостоне, опубликованное в Nature Neuroscience, предлагает возможное объяснение. Работа показывает, что происходит с человеческим мозгом без сна . И в центре внимания находится «система очистки», которая обычно запускается во время сна. Ученые обнаружили, что во время провалов внимания, возникающих в ситуациях лишения сна, происходит выброс спинномозговой жидкости . Этот процесс обычно происходит во время сна и помогает выводить отходы, накопленные за день. Идея заключается в том, что этот поток необходим для поддержания здорового и нормального функционирования мозга.

При недостатке сна организм, по-видимому, пытается наверстать упущенное в этом процессе «очищения», активируя импульсы тока спинномозговой жидкости. Однако эта «обратная реакция» имеет свою цену: резкое снижение концентрации внимания. «Если вы не спите, волны спинномозговой жидкости начинают вторгаться в ваше бодрствующее состояние, когда вы их обычно не замечаете. И это приводит к компромиссу, поэтому концентрация внимания снижается в периоды, когда происходит прилив жидкости», — объясняет старший автор исследования Лора Льюис, сотрудник Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института и Исследовательской лаборатории электроники, а также научный сотрудник Института обучения и памяти Пикауэра.

Хотя сон является одним из фундаментальных биологических процессов, неясно, почему он так важен. Он, по-видимому, необходим для поддержания бодрствования, а недостаток сна, как было задокументировано, приводит к нарушению внимания и других когнитивных функций. Во время сна спинномозговая жидкость, защищающая мозг, помогает выводить накопленные продукты жизнедеятельности . В исследовании 2019 года Льюис и его коллеги продемонстрировали, что движение жидкости во время сна подчиняется ритмическому шаблону, втекая в мозг и вытекая из него, и что эти потоки связаны с изменениями мозговых волн.

Что происходит с мозгом без сна?

Это открытие заставило учёных задуматься о том, что происходит после лишения сна. Для дальнейшего исследования они набрали 26 добровольцев и провели с ними два теста: один после бессонной ночи, а другой после полноценного сна. Утром исследователи контролировали различные показатели работы мозга и организма, пока участники выполняли задание, обычно используемое для оценки последствий лишения сна.

Во время теста каждый участник носил шлем для электроэнцефалографии (ЭЭГ), способный регистрировать мозговые волны во время проведения функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Исследователи использовали модифицированную версию теста, которая измеряла не только насыщение крови кислородом в мозге, но и приток и отток спинномозговой жидкости. Они также измеряли частоту сердечных сокращений, частоту дыхания и диаметр зрачка каждого испытуемого. Во время сканирования участники выполняли два задания на внимание: зрительное и слуховое. В зрительном задании им нужно было смотреть на экран с неподвижным крестом. Через случайные промежутки времени крест превращался в квадрат, и участникам предлагалось нажимать кнопку каждый раз, когда они видели это превращение. В слуховом задании они слышали звуковой сигнал.

Как и ожидалось, участники, испытывавшие недостаток сна, справились с этими заданиями хуже, чем хорошо отдохнувшие. Время их реакции было медленнее, а на некоторые стимулы они вообще не замечали никаких изменений. Во время этих кратковременных провалов внимания исследователи выявили несколько физиологических изменений, происходящих одновременно. Наиболее значимым был отток спинномозговой жидкости (СМЖ), которая вытекала в эти моменты. После каждого провала внимания СМЖ возвращалась в мозг. «Таким образом, результаты свидетельствуют о том, что при снижении внимания эта жидкость фактически выталкивается наружу, из мозга. А когда внимание восстанавливается, она реабсорбируется», — говорит Льюис.

Исследователи предполагают, что при недостатке сна мозг начинает компенсировать потерю очищения, которая обычно происходит во время сна , хотя эти всплески тока спинномозговой жидкости приводят к потере внимания. «Один из способов объяснить эти события заключается в том, что, поскольку мозгу требуется так много сна, он делает все возможное, чтобы войти в состояние, подобное сну, чтобы восстановить некоторые когнитивные функции», — говорит ведущий автор Цзынонг Ян. «Система мозговой жидкости пытается восстановить функцию, переводя мозг из состояний повышенного внимания в состояния с высоким потоком». Исследователи также обнаружили другие физиологические события, связанные с провалами внимания, включая замедление дыхания и частоты сердечных сокращений, а также сужение зрачков. Они обнаружили, что последнее, в частности, начиналось примерно за 12 секунд до утечки спинномозговой жидкости из мозга, и что зрачки снова расширялись после провала внимания. «Интересно, что, похоже, это не просто мозговой феномен, а событие, затрагивающее весь организм», — отмечает Льюис. «Эти результаты, — заключает он, — предполагают, что существует единый контур, который управляет как тем, что мы считаем функциями мозга высокого уровня (нашим вниманием, нашей способностью воспринимать мир и реагировать на него), так и базовыми, фундаментальными физиологическими процессами, такими как динамика мозговой жидкости, кровоток по всему мозгу и сужение кровеносных сосудов».