Больше сна вымывает мусор из мозга

Как будто у нас не было достаточно причин получить хотя бы восемь часов спатьтеперь есть еще один. Нейроны остаются активными во время сна. Мы можем этого не осознавать, но мозг использует этот период подзарядки, чтобы избавиться от мусора, который накапливался в часы бодрствования.

Сон — это что-то вроде мягкой перезагрузки. Мы знали, что медленные мозговые волны как-то связаны с спокойным сном; исследователи из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе теперь выяснили, почему. Когда мы бодрствуем, нашим нейронам требуется энергия для выполнения сложных задач, таких как решение проблем и запоминание информации. Проблема в том, что мусор остается после того, как он потребляет эти питательные вещества. Пока мы спим, нейроны используют эти ритмические волны, чтобы помочь перемещать спинномозговую жидкость через ткани мозга, вынося при этом метаболические отходы.

Другими словами, нейронам необходимо выносить мусор, чтобы он не накапливался и не способствовал развитию нейродегенеративных заболеваний. «Нейроны служат главными организаторами очистки мозга», — заявила исследовательская группа WUSTL в исследовании, недавно опубликованном в журнале. Природа.

Встроенный мусоропровод.

Человеческий мозг (и мозг других высших организмов) эволюционировал, чтобы иметь миллиарды нейронов в функциональной ткани или паренхиме мозга, которая защищена гематоэнцефалическим барьером.

Все, что делают эти нейроны, создает метаболические отходы, часто в виде фрагментов белка. Другие исследования обнаружили, что эти фрагменты могут способствовать развитию нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.

Мозгу приходится каким-то образом избавляться от своего мусора, и он делает это посредством так называемого глимфатическая система (нет, это не опечатка), по которому переносится спинномозговая жидкость, выводящая мусор из паренхимы через каналы, расположенные рядом с кровеносными сосудами. Однако остаются вопросы: что на самом деле заставляет глифатическую систему делать это и как? Команда WUSTL хотела это выяснить.

Чтобы выяснить, что заставляет глифатическую систему выбрасывать мусор, ученые провели эксперименты на мышах, вставив зонды в их мозг и вживив электроды в промежутки между нейронами. Затем они вводили мышам анестезию кетамином, чтобы они уснули.

Нейроны излучали сильные заряженные токи после того, как животные засыпали. Хотя мозговые волны под наркозом были в основном длинными и медленными, они вызывали соответствующие волны тока в спинномозговой жидкости. Затем жидкость течет через твердую мозговую оболочку, внешний слой ткани между мозгом и черепом, унося с собой мусор.

Просто промой его

Ученые хотели убедиться, что нейроны действительно являются той силой, которая приводит в действие глифатическую систему. Для этого им пришлось генетически сконструировать мозг некоторых мышей, чтобы практически исключить активность нейронов во время сна (хотя и не до смерти мозга), оставив при этом остальных мышей нетронутыми для сравнения.

У этих искусственно созданных мышей длинные медленные мозговые волны, наблюдавшиеся раньше, были незаметными. В результате жидкость больше не выталкивала метаболические отходы из мозга. Это могло означать лишь то, что нейроны должны быть активными, чтобы цикл самоочищения мозга работал.

Кроме того, исследовательская группа обнаружила, что мозговые волны у неинженерных мышей имели колебания, причём чуть более быстрые волны, как предполагалось, были направлены на мусор, который труднее удалить (по крайней мере, именно так предполагают исследователи). Это мало чем отличается от мытья тарелки, а затем необходимости тереть ее немного сильнее в тех местах, где есть особенно стойкие остатки.

Исследователи также выяснили, почему предыдущие эксперименты дали разные результаты. Поскольку вымывание спинномозговой жидкости, содержащей отходы, во многом зависит от нервной активности, тип используемого анестетика имел значение: анестетики, подавляющие нервную активность, могут повлиять на результаты. Другие более ранние эксперименты сработали плохо из-за травм, вызванных старыми и более инвазивными методами имплантации оборудования для мониторинга в ткани мозга. Это также нарушило работу нейронов.

«Экспериментальные методики, которые мы здесь использовали, в значительной степени позволяют избежать острого повреждения паренхимы головного мозга, тем самым предоставляя ценные стратегии для дальнейших исследований нервной динамики и очистки мозга», — заявила команда в том же отчете. изучать.

Теперь, когда известно, что нейроны приводят в движение глифатическую систему, больше внимания можно уделить тонкостям этого процесса. Узнать больше о накоплении и очистке метаболических отходов может способствовать нашему пониманию нейродегенеративных заболеваний. Определенно есть о чем подумать, прежде чем заснуть.

Природа, 2024 год. DOI: 10.1038/s41586-024-07108-6