Каждую ночь, пока люди спят, мозг не отдыхает, а напряженно трудится. Одна из его ключевых задач — «генеральная уборка». В этот момент в мозге циркулирует спинномозговая жидкость, которая помогает убрать накопившиеся за день продукты метаболизма из межклеточного пространства.
Эта жидкость проходит через узкие пространства вокруг клеток и сосудов, вынося молекулы — продукты работы клеток — в кровоток либо в менингеальные лимфатические сосуды и глубокие шейные лимфоузлы. Одна часть «мусора» разрушается на месте иммунными клетками — микроглией. Другая, попав в кровь и лимфу, участвует в общем метаболизме и выводится из организма печенью и почками.
Если эти продукты метаболизма не удалить, некоторые из них — особенно пептиды бета-амилоиды — могут накапливаться и вредить нейронам, способствуя воспалению и ухудшению кровоснабжения.
Многие ученые полагали, что такая «чистка» возможна только во сне. Но команда американских нейробиологов под руководством Лауры Льюис (Laura Lewis) из Массачусетского технологического института решила проверить, возможна ли подобная реакция в мозге бодрствующего человека.
Льюис и ее коллеги выдвинули предположение, что рассеянность внимания после бессонной ночи — это побочный эффект экстренной очистки мозга, которая происходит в неурочное время — в периоды бодрствования.
Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи провели эксперимент с участием 26 добровольцев в возрасте от 19 до 40 лет. Сначала все участники хорошо выспались дома и пришли в лабораторию отдохнувшими, где прошли все необходимые процедуры. Спустя две недели те же люди провели в лаборатории всю ночь без сна.
В обоих случаях утром ученые сканировали мозг добровольцев с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ). Во время такого сеанса участники решали простые тесты на реакцию и внимание. Они должны были нажимать на кнопку, когда слышали определенный звук или видели, как фигура на экране меняется с креста на квадрат. Каждая сессия длилась 12 минут и включала десятки подобных сигналов.
Результаты оказались предсказуемыми: после бессонной ночи люди нажимали кнопку заметно реже, чем когда высыпались. Недостаток сна резко снижал концентрацию внимания даже при выполнении простых задач.
Но самое интересное показал анализ МРТ. Ученые обнаружили четкую временную связь между потерей концентрации и движением спинномозговой жидкости. За две секунды до того, как человек «выключался» и терял концентрацию, спинномозговая жидкость «выталкивалась» из основания мозга. Когда же внимание снова «возвращалось», примерно через секунду, она «втягивалась» обратно. Получалось, мозг будто на короткое время «уходил на стирку» — промывался и перезагружался, жертвуя вниманием ради очистки.
Льюис предложила наглядную аналогию. Она сравнила «очистку» мозга с работой стиральной машины. Сначала в него поступает «вода» — спинномозговая жидкость. Потом начинается активное «перемешивание», когда жидкость двигается внутри и смывает все лишнее. После этого грязная «вода» уходит. Именно во время такого «перемешивания» мозг немного отключает внимание, словно ставит мир на паузу, чтобы заняться уборкой внутри себя.
Авторы научной работы сделали простой вывод: если мозг не успел «сделать уборку» ночью, он делает это днем. Но тогда он вынужден на короткое время переключаться на внутреннюю «чистку». В эти секунды человек теряет концентрацию, может забыть или не заметить что-то важное. Так мозг из двух зол выбирает меньшее — немного рассеянности вместо опасного накопления «мусора», который со временем может повредить клетки.
Исследователи подчеркнули, что полноценный ночной сон — наиболее правильный и безопасный способ для мозга провести генеральную уборку без ущерба для умственной деятельности.
Научная работа опубликована в журнале Nature Neuroscience.