Ученые выяснили, что при недостатке сна мозг запускает странную «очистку»

Большинство людей знакомы с этим ощущением. После бессонной ночи сосредоточиться сложнее, чем обычно. Мышление замедляется, внимание рассеивается, а выполнение простых задач требует больше усилий, чем обычно.

Исследователи из MIT выяснили, что происходит внутри мозга во время этих кратковременных сбоев в концентрации внимания. Исследование, опубликованное в Nature Neuroscience, показало, что при потере концентрации внимания спинномозговая жидкость (СМЖ) на короткое время покидает мозг. Этот процесс обычно происходит во время сна и играет важную роль в удалении метаболических отходов, накапливающихся в течение дня. Ученые считают, что эта очистка необходима для поддержания здоровья и нормального функционирования мозга.

Когда человек недосыпает, его организм запускает это движение жидкостей в состоянии бодрствования. Хотя это может помочь компенсировать недостаток отдыха, у процесса есть явный недостаток. В такие моменты резко снижается концентрация внимания.

Сон — это базовая биологическая потребность, однако ученые до сих пор пытаются до конца выяснить, почему он так важен. Хорошо известно, что сон поддерживает нормальное функционирование во время бодрствования и умственную работоспособность. При недостатке сна страдают внимание и другие когнитивные способности.

Одна из ключевых функций сна связана со спинномозговой жидкостью, которая окружает и защищает головной мозг. Во время сна спинномозговая жидкость помогает удалять метаболические отходы, которые накапливаются в течение бодрствования. В исследовании 2019 года та же группа ученых выяснила, что эта жидкость движется в регулярном ритме во время сна и что это движение тесно связано с изменениями активности мозговых волн.

Предыдущие исследования подняли важный вопрос о том, что происходит с этой системой при нарушении сна. Для этого команда привлекла 26 добровольцев, которых тестировали дважды — один раз после ночи без сна в лаборатории, и второй раз, когда они были хорошо отдохнувшими.

На следующее утро после каждого сеанса участники выполняли стандартное задание, обычно используемое для измерения последствий недосыпания. Во время выполнения задания исследователи отслеживали многочисленные сигналы как от мозга, так и от тела.

Каждый участник эксперимента, находясь внутри аппарата функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), надевал электроэнцефалографическую шапочку для отслеживания мозговых волн. Исследователи использовали специализированную форму фМРТ, которая позволяла измерять не только уровень кислорода в крови головного мозга, но и движение СМЖ вокруг мозга. Также регистрировались частота сердечных сокращений, частота дыхания и размер зрачков.

Во время сканирования участники выполнили два теста на внимание: один основан на зрении, другой — на звуке. Как и ожидалось, участники, страдавшие от недосыпа, показали значительно худшие результаты, чем те, кто хорошо выспался. Их реакции были медленнее, а в некоторых случаях они вообще не смогли обнаружить сигнал.

Когда внимание на короткое время ослабевало, наблюдался отток СМЖ от мозга, но она возвращалась, как только внимание восстанавливалось. Исследователи полагают, что эта закономерность отражает попытку мозга компенсировать недостаток сна. Активируя процесс, обычно предназначенный для отдыха, мозг, возможно, пытается восстановиться, даже если это происходит в ущерб концентрации внимания. Поскольку мозг остро нуждается во сне, он изо всех сил пытается войти в состояние, подобное сну, чтобы восстановить некоторые когнитивные функции.

Исследование также показало, что провалы в внимании сопровождались изменениями во всем организме. В эти моменты замедлялось дыхание и сердцебиение, а зрачки сужались. Сужение зрачков начиналось примерно за 12 секунд до того, как происходил отток СМЖ, и прекращалось после возвращения внимания. Результаты позволяют предположить, что существует единая нейронная сеть, которая управляет как высокоуровневыми функциями мозга (вниманием, способностью воспринимать мир и реагировать на него), так и базовыми физиологическими процессами, такими как гидродинамика мозга, кровоток в головном мозге и сужение кровеносных сосудов.

Исследователи указывают на норадренергическую систему как на вероятного кандидата на это место. Эта система, которая использует нейромедиатор норадреналин для регулирования как умственных, так и физических функций, подвержена колебаниям во время нормального сна.