Сон и бодрствование — это фундаментальные состояния, которые определяют наше поведение, эмоции и многие другие аспекты повседневной жизни. Долгое время ученые считали, что эти состояния четко разделены: мозг либо спит, либо бодрствует. Однако новое исследование, проведенное группой ученых из Университета Вашингтона в Сент-Луисе и Калифорнийского университета в Санта-Крузе, бросает вызов этому устоявшемуся представлению. Используя передовые методы анализа данных мозговой активности, исследователи обнаружили, что небольшие области мозга могут "мерцать" между состояниями сна и бодрствования, даже когда остальная часть мозга находится в противоположном состоянии.
Исследование проводилось на данных, полученных от мышей в лаборатории Кейта Хенгена в Университете Вашингтона. Ученые использовали искусственную нейронную сеть для анализа огромных объемов данных о мозговой активности, записанных с помощью специальной гарнитуры, которая отслеживала напряжение от небольших групп нейронов с точностью до микросекунды. Эти данные создали петабайты информации – что в миллион раз больше гигабайта.
Анализируя эти данные, исследователи обнаружили, что модель способна различать сон и бодрствование всего на основе данных о мозговой активности длительностью в миллисекунды – гораздо быстрее, чем традиционные медленно движущиеся волны, которые обычно используются для определения этих состояний. Это было шоком для исследовательской группы, поскольку показало, что модель не может полагаться на медленные волны, чтобы узнать разницу между сном и бодрствованием.
Более того, при дальнейшем изучении исследователи заметили, что в некоторых случаях отдельные области мозга "мерцают" между сном и бодрствованием, даже когда остальная часть мозга находится в противоположном состоянии. Например, когда мышь бодрствовала, небольшая область ее мозга на мгновение "засыпала", что отражалось в кратковременном замирании животного. Аналогично, во время сна отдельные участки мозга "просыпались", вызывая подергивания спящего животного.
"Мы видим мерцания от бодрствования к быстрому сну, от быстрого сна к не быстрому сну – мы видим все эти возможные комбинации, и они нарушают правила, которые можно было бы ожидать на основе ста лет литературы", – сказал Кейт Хенген, доцент биологии Университета Вашингтона.
Ученые полагают, что это открытие может помочь в изучении нейродегенеративных заболеваний и расстройств, связанных с нарушением сна. Более глубокое понимание паттернов мозговой активности на высоких частотах и локальных "мерцаний" может стать важным шагом в решении соответствующих клинических проблем.
"Это потенциально дает нам очень, очень острый скальпель, с помощью которого можно разрезать эти вопросы болезней и расстройств", – отмечает Хенген. – "Чем больше мы фундаментально понимаем, что такое сон и бодрствование, тем больше мы можем решать соответствующие клинические и связанные с болезнями проблемы".
В свою очередь, Дэвид Хаусслер, заслуженный профессор биомолекулярной инженерии Калифорнийского университета в Санта-Крузе, подчеркивает, что это открытие бросает вызов многолетним представлениям в нейронауке. "Для нас, как ученых, было удивительно обнаружить, что разные части нашего мозга на самом деле немного дремлют, когда остальная часть мозга бодрствует, хотя многие люди, возможно, уже подозревали это у своего супруга", – пошутил он.
Можно констатировать, что новое исследование не только расширяет наше понимание фундаментальных процессов, происходящих в мозге, но и открывает новые возможности для изучения и лечения связанных с ними заболеваний.
