«Очистку мозга» назвали основной и древней функцией глубокого сна — Naked Science
22 января
Мария Азарова

«Очистку мозга» назвали основной и древней функцией глубокого сна

5.2

Ученые показали, что «очистка от мусора» может иметь важное значение для поддержания здоровья мозга или предотвращения нейрогенеративных заболеваний. Особенно активен этот процесс во время фазы глубокого сна.

Кадр из сериала "Друзья"
© Кадр из сериала “Друзья”

Во сне мы проводим значительную часть жизни: по разным оценкам, мужчины спят около 24 лет, женщины — порядка 27 лет. Во время этого физиологического состояния человек почти целиком отключается от окружающего мира, не реагирует на него — но, как отмечают специалисты, можно предположить, что преимущества сна перевешивают ту уязвимость, в которой мы пребываем, погружаясь в него.

Для представителей всего животного мира лишение сна приводит к ухудшению памяти, снижает иммунитет, замедляет заживление ран, а хороший ночной отдых способен обратить вспять эти нарушения. По словам нейробиологов из Северо-Западного университета (США) и Квинслендского университета (Австралия), одна из величайших загадок сна — в том, как он выполняет восстановительные функции и в какой степени эти механизмы сохраняются у животных. 

«Мы предполагаем, что это изначальные функции сна, приведшие к его эволюции. Одно из его предназначений — “выведение мусора” из мозга через вызванные изменения гидрогазодинамики. В одной модели спинномозговая жидкость попадает в паренхиму головного мозга через периартериальные пути, вызывая конвекцию интерстициальной жидкости. Она удаляет токсичные продукты жизнедеятельности из интерстициального пространства мозга и стекает по перивенозным путям. Кроме того, церебральный кровоток и объем крови понижаются во время фазы “медленного” сна, вызывая временное изменение направления потока спинномозговой жидкости в третьем и четвертом желудочках. Эти гемодинамические колебания способствуют удалению отходов, позволяя спинномозговой и интерстициальной жидкостям смешиваться», — объясняют авторы работы, опубликованной в журнале Science Advances.

Учитывая анатомию мозга млекопитающих, оставалось неясным, характерна ли функция «очистки мозга» для других классов животных, например беспозвоночных. По таким поведенческим критериям, как покой, особая поза, снижение сенсорной реакции, выяснилось, что спят и моллюски, и каракатицы, и осьминоги, и раки, и некоторые виды насекомых, и даже медузы. Теперь ученые решили подтвердить свою гипотезу о выведении «мусора» из мозга во время сна на плодовых мухах Drosophila melanogaster (дрозофила фруктовая).

Ранее исследователи показали, что сон у дрозофил важен для обучения и памяти, сохранения энергии, работоспособности, поддержки иммунных функций. К тому же появляется все больше свидетельств того, что у беспозвоночных он тоже делится на разные стадии, их функции были малоизученными.

Участвующих в новом эксперименте мух кормили пищей с люциферином — это класс светоизлучающих веществ, которые проходят из кишечника в гемолимфу и через гематоэнцефалический барьер, а индуцированную таким образом люминесценцию можно наблюдать в нервной системе насекомых в течение 10-20 секунд после еды. Стоит отметить, что сон у дрозофил регулируется такими же нейротрансмиттерами, как у млекопитающих, и мухи реагировали аналогичным образом на препараты, способствующие сну или бодрствованию — габоксадол, пиридин-3-ол и кофеин. 

«Мы получили доказательства того, что дрозофилы впадают в фазу глубокого сна, функция которого — “выведение мусора” из мозга. Также удалось обнаружить, что во время сна мухи иногда переходят в фазу, характеризующуюся стереотипными движениями: дрозофилы многократно вытягивали и втягивали обратно свой хоботок в отсутствие вкусовых стимулов. Это стадия глубокого сна, на что указывают повышенные пороги возбуждения и характерные изменения нервной активности. Предотвращение сокращений хоботка повышает риск смерти после травмы и замедляет выведение различных соединений. Мы предполагаем, что избавление от “шлаков” — древняя восстановительная функция глубокого сна: и мухи, и люди выработали механические решения для увеличения гемодинамических колебаний во время ночного отдыха», — рассказали исследователи. Они подчеркнули, что такая функция фазы глубокого сна, как «избавление от мусора», могла появиться еще у общего предка мух и людей.

Но как движения хоботка способствуют очистке мозга? По словам авторов работы, поскольку этот орган довольно большой (около 20% от объема головы), его расширение и втягивание помогает перемещать значительное количество гемолимфы по телу. В результате повышаются гемодинамические колебания, ускоряется поток гемолимфы по органам и тканям.

Движения хоботком, вероятно, также способствуют доставке питательных веществ и выведению шлаков, а также углекислого газа, заставляют гемолимфу двигаться вперед и назад, создают внутренние перепады давления в системе трахеи, добавляя активный компонент к дыханию дрозофилы, который необходим в тот момент, когда пассивного дыхания недостаточно. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
7 часов назад
Мария Азарова

Канадские ученые выяснили, что у больных с коронавирусом значительно повышен уровень белка галектина-9 в плазме крови. Они также обнаружили корреляцию между концентрациями Gal-9 и провоспалительными цитокинами, высвобождение которых приводит к цитокиновому шторму.

Позавчера, 20:38
Илья Ведмеденко

Российские судостроители спустили на воду головное скоростное пассажирское судно на подводных крыльях «Метеор 120Р». Предполагается, что оно ни в чем не уступает зарубежным аналогам.

Позавчера, 22:12
Мария Азарова

Как показал эксперимент, простая пищевая добавка флаванолов какао помогает людям среднего возраста легче переносить физические упражнения средней интенсивности и повысить их уровень активности.

1 августа
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

3 августа
Илья Ведмеденко

Осведомленный источник ТАСС сообщил, что опытный образец перспективного стратегического бомбардировщика нового поколения соберут к 2023 году. Ранее стало известно, что в России изготовили первый образец двигателя для нового самолета.

1 августа
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: