Секреты мозга, страдающего от недосыпания

Если вам трудно сосредоточиться после бессонной ночи, это потому, что ваш мозг занят тем, что пытается наверстать упущенное в решении важных организационных вопросов.

Практически каждый сталкивался с этим — после бессонной ночи мозг может казаться затуманенным, и мысли начинают блуждать, когда нужно быть внимательным. Новое исследование Массачусетского технологического института раскрывает биологические процессы, происходящие в такие кратковременные провалы в памяти: мозг выполняет необходимые функции, которые обычно выполняются во время сна.

Во время нормального ночного сна спинномозговая жидкость (СМЖ), которая защищает мозг, помогает выводить накопившиеся за день продукты метаболизма. В исследовании 2019 года профессор электротехники и информатики Массачусетского технологического института Лаура Льюис, доктор философии (выпуск 2014 года), и ее коллеги показали, что СМЖ ритмично течет внутрь и наружу, и это связано с изменениями мозговых волн.

Чтобы исследовать, что может произойти с потоком спинномозговой жидкости в мозге, лишенном сна, Льюис, которая также является членом Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института, и ее коллеги протестировали 26 добровольцев на нескольких когнитивных задачах после того, как они бодрствовали в лаборатории и хорошо отдохнули. Используя электроэнцефалограммы и функциональную магнитно-резонансную томографию, исследователи измерили частоту сердечных сокращений, частоту дыхания, диаметр зрачка, насыщение крови кислородом в мозге и поток спинномозговой жидкости в мозг и из мозга, когда участники пытались нажать кнопку, услышав звуковой сигнал или увидев визуальное изменение на экране.

Как и ожидалось, участники, страдавшие от недосыпа, показали гораздо худшие результаты, чем хорошо отдохнувшие. Время их реакции было медленнее, а в некоторых случаях участники вообще не замечали раздражителя.

Исследователи выявили несколько физиологических изменений во время таких периодов рассеянности. Наиболее значительным было отток спинномозговой жидкости из мозга непосредственно в момент возникновения рассеянности и ее возвращение в мозг после ее окончания. Исследователи предполагают, что при недостатке сна мозг «пытается наверстать упущенное, инициируя импульсы оттока спинномозговой жидкости», как говорит Льюис, даже ценой потери способности концентрироваться.

«Один из способов осмысления этих событий — объяснить их тем, что мозг остро нуждается во сне и изо всех сил пытается войти в состояние, подобное сну, чтобы восстановить некоторые когнитивные функции», — говорит Цзиньонг Ян, научный сотрудник и ведущий автор статьи, посвященной этой работе.

Исследователи также обнаружили несколько других физиологических явлений, связанных с потерей внимания, включая замедление дыхания и сердцебиения, а также сужение зрачков. Они выяснили, что сужение зрачков начиналось примерно за 12 секунд до оттока спинномозговой жидкости из мозга, а после возвращения внимания зрачки снова расширялись.

«Когда ваше внимание рассеивается, вы можете ощущать это на уровне восприятия и психологии, но это также отражает событие, происходящее во всем мозге и теле», — говорит Льюис.

«Эти результаты позволяют предположить, что существует единая нейронная сеть, которая управляет как функциями мозга, которые мы считаем очень высокоуровневыми — нашим вниманием, нашей способностью воспринимать мир и реагировать на него, — так и действительно базовыми, фундаментальными физиологическими процессами».

Исследователи не изучали, что это за цепь, но, по их словам, одним из подходящих кандидатов является норадренергическая система, которая регулирует многие когнитивные и телесные функции посредством нейромедиатора норадреналина — и, как недавно было показано, она колеблется во время нормального сна.

Источник: www.technologyreview.com