Сон остается одной из главных загадок науки. Несмотря на его важность для физического и психического здоровья, многие его механизмы до сих пор не изучены. Новое исследование Мичиганского университета проливает свет на одну из самых интригующих особенностей сна - неизменную последовательность его фаз и их влияние на память.
Каждый раз, когда мы спим, наш мозг циклически переключается между двумя основными стадиями: медленным сном (non-REM), для которого характерна низкая активность мозга, и быстрым сном (REM, или фаза быстрого движения глаз), во время которого разум активизируется, порождая яркие сновидения. Этот паттерн наблюдается практически у всех живых существ, которые спят, - от людей до грызунов, что указывает на его фундаментальную биологическую роль. Но почему эта последовательность так важна?
Команда ученых под руководством Сары Атон, профессора молекулярной, клеточной и эволюционной биологии, и Михала Зоховского предложила новую теорию. Согласно их выводам, опубликованным в PLoS Computational Biology, медленный сон укрепляет воспоминания, а быстрый - "подрезает" их, предотвращая смешение информации. Если же нарушить этот порядок, память может не закрепиться, а, наоборот, стереться.
В ходе исследования ученые работали с мышами, помещая их в новую среду, где часть грызунов получала слабый электрический разряд, а другие - нет. Затем специалисты наблюдали за активностью мозга во время сна, уделяя особое внимание гиппокампу - ключевой области, связанной с памятью.
Результаты показали, что во время медленного сна нейроны, связанные с воспоминанием о разряде, активизировались, укрепляя память. Однако главное открытие было сделано при анализе фазы быстрого сна: в этот период мозг не только сохранял информацию, но и удалял лишние нейронные связи, обеспечивая четкость и разграниченность воспоминаний.
"Если поменять порядок фаз, быстрый сон сотрет информацию до того, как медленный сон успеет ее закрепить", - объяснила Атон. "Это как подрезать куст: сначала вы даете ему вырасти, а затем формируете, чтобы он не переплетался с другими".
Поскольку отслеживать активность отдельных нейронов в живом мозге пока невозможно, ученые использовали компьютерные модели. Они смоделировали нейронные цепи, включающие два типа клеток: возбуждающие (стимулирующие активность) и тормозящие (подавляющие ее). Также учитывалась роль ацетилхолина - нейромедиатора, уровень которого меняется в зависимости от фазы сна.
Модель подтвердила, что при низком уровне ацетилхолина (характерном для медленного сна) возбуждающие нейроны укрепляют свежие воспоминания. Когда же наступает быстрый сон, повышение концентрации этого вещества активирует тормозящие нейроны, которые "обрезают" ненужные связи, предотвращая путаницу.
"Представьте, что у вас прошли три совещания за день", - пояснил Зоховский. "Медленный сон укрепляет каждое из них, а быстрый следит, чтобы вы не перепутали, кто что сказал".
В то же время исследователи признают, что их модель упрощена, поскольку реальный мозг гораздо сложнее, а эксперименты проводились на простых воспоминаниях. Следующим шагом станет проверка более сложных сценариев, таких как эмоциональные воспоминания или временные последовательности.
"Это только начало - Теперь нам предстоит доказать, что модель работает в более разнообразных условиях", - отметил Зоховский.
Работа, поддержанная Национальным научным фондом (NSF), Национальными институтами здоровья (NIH) и инициативой Чан Цукерберга, представляет собой значительный шаг в понимании природы сна. Она объясняет, почему его структура универсальна для всех живых существ, и может иметь значение для изучения таких расстройств, как бессонница или нарколепсия, при которых нормальный цикл нарушается.
Так что в следующий раз, закрывая глаза, помните: ваш мозг не отдыхает. Он работает в строгой последовательности - сначала строит, затем очищает, чтобы после пробуждения все было на своих местах. Спать "наоборот" - все равно что форматировать память.