Что происходит с мозгом во время сна

«Во время бодрствования мозг находится в состоянии постоянной активности, особенно его передние отделы, отвечающие за принятие решений, координацию движений и выполнение задач. Это состояние поддерживается множеством нейромедиаторов — химических веществ, обеспечивающих передачу сигналов между нейронами, таких как глутамат, ГАМК (гамма-аминомасляная кислота), дофамин, ацетилхолин, норадреналин, адреналин, гистамин и орексин», — объясняет Ferini-Strambi.

«Во время сна активность передних отделов мозга резко снижается. Число активных нейромедиаторов тоже уменьшается. Фазы сна Non-REM регулируются преимущественно ГАМК и галанином, а в фазе REM важную роль играет ацетилхолин».

Сон состоит из 4–5 циклов, в которых чередуются фазы Non-REM (стадии 1, 2 и 3) и REM:

• Стадия 3 Non-REM — это глубокий сон, во время которого активность передней коры мозга минимальна. Эта стадия преобладает в первой половине ночи и крайне важна для восстановления энергии, потраченной за день, и консолидации декларативной памяти — той, что связана с фактами из личной жизни (например, имя, дата рождения) и воспоминаниями о событиях.
• Фаза REM (от англ. Rapid Eye Movement — быстрые движения глаз) преобладает во второй половине ночи. Именно в ней мы видим сны. Эта фаза играет ключевую роль в укреплении процедурной памяти (например, как выполнять действия по этапам) и эмоциональной памяти.

«Во время глубокого сна (Non-REM) происходит важнейший процесс — очищение мозга от метаболических отходов. Эту “уборку” осуществляет глимфатическая система», — рассказывает Ferini-Strambi.

В 2012 году датская нейрофизиолог Maiken Nedergaard впервые описала глимфатическую систему — узкое пространство в несколько нанометров между капиллярами мозга и отростками астроцитов (глиальных клеток, обеспечивающих питание и опору нейронам).

«Ночью это пространство заполняется спинномозговой жидкостью, в которую в течение дня попадают продукты метаболизма, вырабатываемые в процессе мозговой активности. Таким образом, глимфатическая система выполняет функцию “мозговой коммунальной службы”: ночью она удаляет излишки жидкости с нейротоксичными отходами, защищая тем самым мозг», — поясняет профессор Furlan.

Среди отходов, удаляемых глимфатической системой:

• бета-амилоид, накопление которого связано с болезнью Альцгеймера;
• клеточные обломки, в том числе остатки синапсов — соединений между нейронами.

Мозг формирует воспоминания через создание и укрепление синаптических связей. Но поскольку он не может сохранять абсолютно всю получаемую информацию, он селекционирует, какие связи стоит укрепить, а какие — удалить. Этот процесс называется синаптической обрезкой (synaptic pruning), в результате которой и образуются отходы, выводимые глимфатической системой.

«Успешное обучение и долговременное запоминание — это результат сбалансированной работы по укреплению и удалению синапсов, что обеспечивается, в том числе, работой глимфатической системы. Поскольку она особенно активна во время глубокого сна, полноценный сон необходим для долговременной памяти», — продолжает профессор Furlan.

Чтобы глимфатическая система работала эффективно, важно не только обеспечить себе достаточную продолжительность глубокого сна, но и спать на боку.

Как отмечает профессор Ferini-Strambi, исследования, в том числе проведённые группой в Ospedale San Raffaele, показали, что очищающая функция глимфатической системы работает лучше при сне на боку, чем на спине.

Сегодня глимфатическую активность у человека можно непосредственно наблюдать с помощью специальных протоколов функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), позволяющих отслеживать активность областей мозга.

Ещё один способ — измерение концентрации нейрофиламентов лёгкой цепи в крови. Это белки цитоскелета нейронов, которые могут попадать в глимфатическую систему в результате синаптической обрезки, происходящей при консолидации воспоминаний.

«Было обнаружено, что уровень нейрофиламентов лёгкой цепи в крови выше утром, чем вечером. Учёные интерпретируют это как свидетельство ночной активности глимфатической системы, которая выводит эти белки из мозга», — поясняет Furlan.

Глимфатическая система также выполняет функцию дренажа: она направляет отработанную жидкость в лимфатические сосуды твёрдой мозговой оболочки (dura mater) — внешней защитной оболочки головного мозга и черепной полости.

Ранее считалось, что в головном мозге нет лимфатических сосудов. В остальном теле они известны как важная часть иммунной системы: они удаляют патогены и доставляют их в лимфатические узлы, где те уничтожаются иммунными клетками.

«Вскоре после открытия глимфатической системы, в 2015 году были описаны лимфатические сосуды твёрдой мозговой оболочки, которые, вероятно, и утилизируют отходы, перенесённые глимфатической системой из мозга. Интересно, что первые изображения этих сосудов были выполнены ещё в конце XVIII века анатомом и художником Паоло Масканьи, но только недавно они были официально признаны. Это связано с тем, что по внешнему виду и молекулярным характеристикам они очень похожи на кровеносные сосуды, и авторам открытия пришлось приложить немало усилий, чтобы убедить научное сообщество в их подлинности», — рассказывает профессор Furlan.

Пока остаётся неясным, как именно глимфатическая система взаимодействует с лимфатическими сосудами, расположенными на периферии мозга.

«Научные исследования сейчас активно изучают физиологию глимфатической системы у человека в нормальных условиях. Это поможет понять, что происходит при её нарушении — например, при накоплении бета-амилоида у пациентов с болезнью Альцгеймера. Можно предположить, что в будущем в учебниках по неврологии появится отдельная глава, посвящённая так называемым глимфатопатиям — заболеваниям, при которых происходит нарушение работы глимфатической системы. Но её физиология и возможная роль в иммунной защите мозга — пока остаются темами для дальнейшего изучения», — заключает профессор Furlan.