Открытие, меняющее нейробиологию: ученые обнаружили нейроны, которые управляют засыпанием

На протяжении почти столетия нейробиологи искали ответ на вопрос, что заставляет мозг засыпать, в глубоких подкорковых структурах. Считалось, что именно там находятся центры, управляющие циклами сна и бодрствования, а кора головного мозга — область, отвечающая за восприятие, мышление и память, — лишь пассивно следует за этими сигналами. Новое исследование показывает, что эта картина неполна. Кора сама способна активно запускать сон, и ключевую роль в этом играет крайне редкая группа нейронов, сообщает Газета.ру.

Что такое нейроны Sst-Chodl

Речь идет о клетках, которые одновременно экспрессируют соматостатин и хондролектин. Они составляют всего около 0,2% нейронов коры головного мозга. Несмотря на свою малочисленность, эти клетки радикально отличаются от большинства тормозных нейронов. Обычно тормозные клетки взаимодействуют с ближайшими соседями, но Sst-Chodl формируют длинные аксоны, которые протягиваются на миллиметры и одновременно связывают несколько удаленных областей коры. Эта особенность дает небольшой популяции возможность влиять на активность обширных участков мозга.

Как нейроны ведут себя во время сна и бодрствования

Исследователи наблюдали за мозгом мышей, используя двухфотонную кальциевую визуализацию, а также электроэнцефалографию, электромиографию и другие методы для определения состояния животных. Оказалось, что во время активного бодрствования эти нейроны практически молчат. Но когда животные становились сонливыми и переходили в глубокий медленноволновой сон, активность Sst-Chodl резко возрастала — одновременно с появлением характерных медленных и синхронизированных волн в коре.

Ключевой эксперимент: запуск сна

Главный вопрос заключался в том, являются ли эти нейроны просто наблюдателями, которые активируются вслед за наступлением сна, или они действительно участвуют в его запуске. Чтобы это проверить, ученые искусственно активировали клетки Sst-Chodl. Результат оказался однозначным: активность коры становилась более медленной и синхронизированной, как во время сна. Мыши быстрее засыпали и проводили больше времени в состоянии сна. Более того, эффект сохранялся даже тогда, когда нейроны стимулировали в темное время суток, когда мыши обычно бодрствуют.

Руководитель исследования, нейробиолог из Медицинской школы Икана при больнице Маунт-Синай, отметила, что эти клетки не просто становятся активными, когда животное спит. Они способны активно запускать переход к состоянию сна.

Эволюционная загадка

Особый интерес ученых вызвало то, что нейроны Sst-Chodl сохранились в ходе эволюции на протяжении сотен миллионов лет — от земноводных и рептилий до человека. Несмотря на свою крайнюю редкость, эти клетки не исчезли. Это может свидетельствовать о том, что они выполняют важную функцию, которая остается значимой для выживания на протяжении огромных промежутков времени. До сих пор о том, что именно делают эти нейроны, было известно на удивление мало.

Почему это меняет представления о сне

Традиционная модель рассматривала кору как пассивного исполнителя, который лишь следует командам из глубинных отделов мозга. Новые данные показывают, что кора содержит собственные цепи, способные активно управлять синхронизацией и запускать сон. Это означает, что сон возникает из взаимодействия между подкорковыми центрами и корой, а не является исключительно результатом работы глубинных структур.

Что дальше

В будущем исследователи хотят выяснить, участвуют ли нейроны Sst-Chodl в формировании «потребности во сне» — того нарастающего состояния, когда после длительного бодрствования мозгу становится все труднее оставаться активным. Открытие также может помочь лучше понять нарушения сна при неврологических и психических заболеваниях, включая бессонницу, нарколепсию, депрессию и синдром дефицита внимания. Работа проводилась на мышах, поэтому говорить о наличии аналогичного механизма у человека пока преждевременно. Однако необычайная эволюционная сохранность этих клеток позволяет предположить, что они выполняют сходную фундаментальную функцию и у людей.

Результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature.