Во сне мозг проводит внутреннюю уборку и смывает накопившиеся отходы
Сон не только позволяет мозгу разложить новые воспоминания по полочкам. Ученые доказали, что во сне мозг проводит внутреннюю уборку и смывает накопившиеся отходы.
Вопросы о том, в чем смысл сна и почему человек столько времени проводит в этом состоянии, волнует философов и ученых еще со времен древних греков. Каждый человек ежедневно совершает то, что со стороны может показаться глупейшей в эволюционном смысле ошибкой.
Не задумываясь о возможной опасности быть съеденным хищником (в последние столетия такой опасности стало меньше), теряя время, которое можно занять добычей пропитания или размножением, люди на несколько часов отключаются от внешнего мира и… спят.
До последнего времени ученые вели долгие споры о том, зачем человек треть жизни проводит во сне.
Лишь недавно физиологи получили новые данные о том, что во время сна мозг человека собирает и консолидирует воспоминания, однако ученые продолжали считать, что этот бонус не может перевесить те опасности и упущенные возможности, с которыми связана необходимость сна.
Исследование, проведенное Майкеном Нидергаардом и его коллегами из Рочестерского университета (США), показало, что главная функция мозга в процессе сна — вымывание из него вредных веществ и токсинов, накопившихся во время бодрствования.
В своей работе, опубликованной в журнале Science, Нидергаард опирается на собственное, опубликованное прошлым летом открытие. Тогда ему удалось обнаружить между клетками мозга тончайшие, заполненные жидкостью каналы. Эти каналы образуют уникальную систему самоочищения мозга от продуктов метаболизма, аналогичную лимфатической системе. Известно, что лимфатическая система, которая выводит токсины из остального организма, не распространяется на мозг, который находится в некой закрытой экосистеме, и кровь, поступая в него, проходит особые молекулярные ворота — гематоэнцефалический барьер. Этот барьер контролирует все, что попадает из крови в мозг.
Недавно обнаруженная система, названная глимфатической, переносит не лимфу, а цереброспинальную жидкость, которая поддерживает обменные процессы между кровью и мозгом и нагружена продуктами его метаболизма.
Свои открытия ученые сделали, наблюдая за мозгом мышей, который по строению весьма напоминает человеческий.
Поскольку обеспечение тока жидкости вокруг клеток требует больших затрат энергии, ученые задумались, происходит ли он постоянно или только во время сна. В течение двух лет исследователи учили мышей расслабляться и засыпать под двухфотонным микроскопом, который позволяет исследовать ток крови, окрашенной специальным красителем.
Когда мышь засыпала, ей в кровь вводили зеленый краситель и следили за его распространением по мозгу. Затем мышь будили прикосновением к хвосту, вводили красный краситель и повторяли опыт.
Результаты показали, что во время сна происходит наиболее интенсивная циркуляция цереброспинальной жидкости, а значит, очищение от продуктов метаболизма.
«В своем распоряжении мозг имеет ограниченное количество энергии, и, похоже, он должен выбирать между двумя функциональными состояниями — бодрствование и сознание или сон и очищение, — говорит Нидергаард. — Точно так же вы выбираете, пригласить ли друзей на вечеринку. Вы либо приглашаете друзей, либо затеваете уборку, но сделать и то и другое одновременно не получится».
Еще одним важным открытием стало то, что клетки мозга во время сна уменьшаются в размерах на 60%. Это сжатие увеличивает межклеточное расстояние и облегчает ток цереброспинальной жидкости, выводящей дрянь из организма.
Оказалось, что глимфатическая система отвечает за эффективное удаление бета-амилоида — белка, образующего бляшки, которые становятся причиной болезни Альцгеймера. «Наши исследования очень важны для лечения таких связанных с «загрязнением мозга» недугов, как болезнь Альцгеймера. Четкое понимание того, как и когда мозг активирует глимфатическую систему и очищается от мусора, — первый шаг в попытках контролировать эту систему и дать ей работать более эффективно», — пояснил ученый.