Группе неврологов из Рочестерского университета (Нью-Йорк) впервые удалось найти научное объяснение необходимости состояния сна для головного мозга. Как оказалось, сон играет ключевую роль в поддержании метаболического гомеостаза - во время сна ткани мозга самоочищаются от токсичных побочных продуктов нейральной активности, накопившихся во время бодрствования. Работа опубликована 18 октября 2017 года в журнале Science.
Новое открытие Майкен Недергаард (Maiken Nedergaard) и ее коллег основано на их предыдущей работе - летом 2012 года они сообщили в журнале Science Translational Medicine о существовании в головном мозге ранее неизвестной системы очистки тканей от продуктов жизнедеятельности, названной первооткрывателями глимфатической, по аналогии с лимфатической системой, выводящей из организма побочные продукты метаболизма. Обнаруженная учеными сеть каналов глимфатической системы, по которым с большой скоростью циркулирует спинномозговая жидкость (ликвор), расположена вокруг кровеносных сосудов и образована при помощи клеток нейроглии (совокупности вспомогательных клеток тканей мозга).
Группа Недергаард установила, что нейроглиальные клетки контролируют поток ликвора через каналы в своих мембранах. Предположив, что транспорт спинномозговой жидкости через клеточные мембраны требует значительных энергетических затрат и, следовательно, мозг не способен параллельно осуществлять процессы очистки и обработки сенсорной информации, Недергаард и ее коллеги приняли решение выяснить, меняется ли активность глимфатической системы в период сна. Для этого пришлось научить лабораторных мышей засыпать в двухфотонном лазерном микроскопе, позволяющем отследить распространение красящего вещества в тканях.
После того, как мыши засыпали, что показывала энцефалограмма их мозговой активности, в их спинномозговую жидкость вводили зеленый краситель, а после пробуждения - красный. Наблюдения за распределением зеленого и красного красителя по тканям головного мозга животных показало, что во время сна через мозг проходит значительно больший объем ликвора, чем во время бодрствования.
«Мы были поражены, до какой степени снижался поток ликвора в мозге, когда мыши пробуждались, - рассказала Недергаард. - Это заставило нас предположить, что межклеточное пространство должно значительно меняться в сознательном и бессознательном состояниях». Благодаря введению электродов в головной мозг животных ученые установили, что во сне глиальные каналы, по которым транспортируется спинномозговая жидкость, становятся на 60 процентов шире, чем в период бодрствования.
Еще одним важным открытием группы Недергаард стало обнаружение того факта, что во сне, благодаря активной работе глимфатической системы, которую авторы сравнили с посудомоечной машиной, ткани мозга очищаются от бета-амилоидного белка вдвое быстрее, чем в состоянии сознания. Согласно амилоидной гипотезе возникновения болезни Альцгеймера, главной причиной развития заболевания служит скопление так называемых амилоидных бляшек в тканях мозга, образующихся при повышенной концентрации там бета-амилоида.
Высокая эффективность очистки мозга от нейротоксичных отходов во сне заставляет предположить, что именно дефицит сна может играть ключевую роль в развитии не только болезни Альцгеймера, но и других неврологических и нейродегенеративных заболеваний, полагает Недергаард. Полученные результаты указывают на важность состояния сна для человека. «Мы нуждаемся во сне. Он чистит мозг», - подчеркнула Недергаард.
