Учёные впервые смогли наблюдать как зрачки реагируют во время сна в течение нескольких часов. Заглянув под веки, они увидели, что в спящем мозге происходит больше, чем предполагалось ранее.
Наши глаза обычно закрыты, когда мы спим. Однако под нашими сомкнутыми веками происходит буря событий: группа исследователей под управлением Каролины Люстенберг, Сары Майсснер и Николь Вендерот из Лаборатории нейроконтроля ФИТ в Цюрихе наблюдали, что размер зрачка во время сна постоянно изменяется. Иногда он увеличивается в размере, иногда уменьшается; иногда эти изменения происходят в течение нескольких секунд, иногда — нескольких минут.
«Эта динамика отражает состояние возбуждения или уровень активации тех участков мозга, которые отвечают за регулирование сна и бодрствования, — говорит Люстенберг. — Эти наблюдения противоречат предыдущему предположению, что, по сути, во время сна уровень возбуждения низкий».
Напротив, эти флуктуации размера зрачка показывают, что даже во время сна мозг постоянно переключается между высоким и низким уровнем активации. Эти новые данные также подтверждают для человека то, что другие исследовательские группы недавно обнаружили у грызунов, которые также демонстрируют медленные флуктуации уровня активации (именуемую специалистами в этой области возбуждением). Исследование, проведённое учёными из ФИТ, недавно опубликовано в журнале Nature Communications.
Новый метод для решения старой загадки
Области мозга, контролирующие уровень активации, расположены глубоко в стволе мозга, из-за чего раньше было сложно измерить эти процессы у человека во время сна. Существующие методы трудны в техническом отношении и они до сих пор не налажены. Таким образом, исследование учёных из ФИТ полагается на измерения зрачков. Известно, что зрачки указывают на уровень активации, когда человек бодрствует. Таким образом, их можно использовать в качестве маркеров активности регионов, расположенных в глубине мозга.
Исследователи из ФИТ разработали новый метод исследования изменений, происходящих со зрачками людей во время сна: используя специальный адгезивный метод и прозрачный пластырь, они смогли держать глаза исследуемых открытыми в течение нескольких часов.
«Наше главное опасение состояло в том, что исследуемые не смогут спать с открытыми глазами. Но в тёмной комнате большинство людей забывает, что их глаза всё ещё открыты и они способны заснуть», — говорит ведущий автор исследования, Мануэль Карро Домингес, разработавший этот метод.
Анализ данных показал, что динамика зрачков связана не только с различными стадиями сна, но также со специфическими моделями активности мозга, таких как веретена сна и ярко выраженные волны глубокого сна — мозговые волны, которые играют важную роль в консолидации памяти и стабильности сна. Исследователи также обнаружили, что мозг реагирует на звуки с различной степенью интенсивности в зависимости от уровня активации, что отражается в размере зрачка.
Центральный регулятор уровня активации — это небольшой регион в стволе мозга, известный как locus coeruleus (голубое пятно). На животных учёные смогли показать, что это важно при регуляции стадий сна и бодрствования. Учёные из ФИТ не смогли доказать в этом исследовании, что locus coeruleus действительно напрямую отвечает за изменения зрачка. «Мы просто наблюдаем за изменениями зрачка, которые связаны с уровнем активации мозга и активности сердца», — объясняет Люстенберг.
В следующем исследовании учёные попытаются повлиять на активность голубого пятна с помощью медикаментов, чтобы исследовать как это влияет на динамику зрачка. Они надеются обнаружить, действительно ли этот регион мозга отвечает за контроль зрачков во время сна, и как изменения уровня активации влияет на сон и его функции.
Использование динамики зрачков для диагностики заболеваний
Понимание динамики зрачков во время сна также может предоставить важные данные для диагностики и лечения нарушений сна и других болезней. Таким образом, учёные хотят узнать, могут ли изменения зрачков во время сна указывать на дисфункцию системы возбуждения. Сюда входят такие расстройства, как бессонница, посттравматическое стрессовое расстройство и, вероятно, болезнь Альцгеймера. «Это всего лишь гипотезы, которые мы хотели бы исследовать в будущем», — говорит Люстенбергер.
Ещё одна цель — создать технологию, применимую за пределами лабораторий сна, допустим, в больницах, где она может помочь в отслеживании пробуждения у пациентов в коме или диагностировать расстройства сна с большей точностью. Зрачок, как окно в мозг, может таким образом проложить дорогу для новых возможностей в медицине сна и неврологии.
Оригинал статьи — Петер Рюэгг (Peter Rüegg).
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Федеральным институтом технологии в Цюрихе (ETH Zurich).
Вам также может быть интересно: