Между спящим и бодрствующим мозгом имеются кардинальные различия
«Мозг во время сна в корне отличается от головного мозга во время бодрствования», — именно к такому выводу пришел Маркос Фрэнк (Marcos Frank) из школы медицины университета Пенсильвании (University of Pennsylvania School of Medicine), который в соавторстве со своими коллегами провел исследование, позволяющее впервые увидеть на клеточном уровне изменение в численности новых соединений нейронов во время сна. Кроме того, как утверждают авторы серии экспериментов на молодых животных, данные процессы не просто шли во сне, но шли только во сне.
«Мы считаем, что эти биохимические изменения просто не происходят в нейронах животных, которые бодрствуют», — заявил Маркос Фрэнк, группа которого попыталась выяснить, почему распределение активности между разными участками мозга происходит именно во сне, когда укрепляются (или перераспределяются) связи между нейронами, которые, собственно, и составляют сложнейший механизм памяти.
Американские нейробиологи провели серию опытов с молодыми животными, которые показывали активное формирование новых синаптических связей в коре, происходящее в ответ на зрительную стимуляцию. Авторы работы подчеркивают, что если животному в течение критического периода развития закрыть повязкой один глаз, то нейроны в зрительной коре практически полностью перестают реагировать на сигналы с этого глаза, «перенастраиваясь» на восприятие сигналов с другого органа зрения, ранее остававшегося открытым.
Руководитель исследования склоняется к мысли, что выявленная его группой пластичность мозга, ответственна не только за долговременную память, но также и за многие другие неврологические процессы. Кроме того, он отмечает еще одно крайне интересное и важное обстоятельство: дело в том, что в первых опытах одна часть подопытных животных учеными изучалась сразу же после визуального стимула, тогда как оставшиеся животные исследовались после некоторого периода сна. Результаты эксперимента показывали, что у тех животных, которым не давали спать, реорганизации зрительной коры не наблюдалось.
В своем последнем исследовании группе Маркоса удалось выяснить, что особая молекула-рецептор N-метил-D-аспартат (NMDAR) «отслеживает» изменения в межклеточной коммуникации во время бодрствования, включая цепь новых биохимических сигналов в то время, когда мозг погружается в состояние сна.
По словам авторов работы, мозг начинает подготавливаться к подобной реорганизации ещё днём в ходе реакций, происходящих в ответ на те или иные раздражители. «Настройки» NMDAR заставляют ее открывать свой ионный канал при возбуждении нейрона, тогда как позже глютамат (нейромедиатор, участвующий в регуляции сна) связывается с таким рецептором, позволяя тем самым кальцию проникнуть в клетку. В свою очередь, молекула кальция, являясь одной из важных сигнальных молекул, «включает» и «выключает» в клетке синтез целого ряда особых ферментов, что в конечном итоге приводит к укреплению нейронных связей.
«К нашему удивлению, мы обнаружили, что эти ферменты никогда не включаются до тех пор, пока животное не получит возможность спать», — говорит Маркос Фрэнк, добавляя, что принудительное ингибирование указанных ферментов в спящем мозге приводило к блокировке нормальной реорганизации зрительной коры у подопытных животных.
Как сообщает на своих страницах интернет-портал medlinks.ru, открытие американских ученых позволяет сделать еще один немалый шаг к пониманию механизмов человеческой памяти, которые до сих пор открывают свои секреты с большой неохотой. Кроме того, полученные исследователями результаты позволяют надеяться на создание лекарственных препаратов, которые, имитируя передающиеся по коре во время сна молекулярные сигналы, будут способны компенсировать негативное воздействие на мозг недостатка ночного отдыха.
