…но делает это с разной интенсивностью: во сне активность мусороуборочной системы постепенно растёт, в бодрствовании – постепенно слабеет.
Мусороуборочная система – это глимфатическая система мозга; её открыли не так давно, и мы о ней несколько раз рассказывали. Она представляет собой нечто вроде клеточных чехлов вокруг кровеносных сосудов: в эти чехлах циркулирует спинномозговая жидкость, которая сообщается с внеклеточной (интерстициальной) жидкостью в толще мозговой ткани. Молекулярный мусор, выходя из клеток во внеклеточное пространство, переходит по специальным каналам в спинномозговую жидкость глимфатических чехлов, а оттуда в кровь. Считается, что глимфатическая система работает во сне, причём особенно она хорошо работает, если спать на боку; есть данные, что ей управляют не только глиальные клетки (которые формируют чехлы вокруг кровеносных сосудов), но и нейроны.
Эксперименты на животных показали, что в мусоре, который выводится через глимфатическую систему, есть тау-белок, белок бета-амилоид и белок альфа-синуклеин. Их обычно вспоминают в связи с болезнью Альцгеймера и болезнью Паркинсона: слипаясь в неправильные молекулярные комплексы, они в буквальном смысле отравляют жизнь нейронам. С другой стороны, нельзя сказать, что в изучении глимфатической системы нет никаких противоречий: год назад в Nature Neuroscience вышла статья, которая подвергала сомнению одну из её главных особенностей – авторы статьи утверждали, что мозг очищается активнее не во время сна, а во время бодрствования.
Недавно в Nature Biomedical Engineering вышла ещё одна статья, в которой сотрудники Вашингтонского университета в Сиэтле вместе с коллегами из биотехнологической компании Applied Cognition и других научных центров добавляют глимфатической системе подробностей, причём подробностей, полученных в экспериментах с людьми. Изучать активность глимфатической системы в человеческом мозге пытались и раньше, но исследователям неизбежно приходилось ограничивать себя в методах. Смысл здесь в том, чтобы увидеть динамику жидкости в мозге. За этой динамикой можно следить с помощью некоторых разновидностей магнитно-резонансной томографии, но МРТ сообщает об изменениях с определённой задержкой, и быстрые изменения останутся незамеченными.
В новых экспериментах использовали метод спектроскопии электрического импеданса. Электрическое сопротивление биологических тканей меняется в зависимости от их состояния, соответственно будут меняться и характеристики тока, который на них действует. На низких частотах переменного тока его характеристики будут зависеть преимущественно от внеклеточной жидкости; на высоких частотах – от клеточных мембран и внутриклеточного содержимого. Свойства ткани, как было сказано, могут сильно меняться, так что спектроскопия электрического импеданса используется в медицине, когда нужно оценить отёки внутренних органов или рост опухоли. В случае с мозгом изменения в токе могли бы указать на расширяющееся или сужающееся внеклеточное пространство. Увеличение внеклеточного пространства означает, что и внеклеточной жидкости стало больше, то есть можно предположить, что система сообщающихся жидкостей работает в данный момент на уборку мусора.
Исследователи разработали беспроводное устройство, которое можно было надеть на голову и заснуть с ним. Устройство посылало в мозг слабый переменный ток на разных частотах и фиксировало изменения в его характеристиках. Эти данные совмещали с данными МРТ и электроэнцефалографии. В целом эксперименты подтвердили точку зрения, что во время сна глимфатическая система работает активнее. Однако тут важно говорить именно что о большей и меньшей активности: глимфатическая система не выключается с пробуждением и не включается с засыпанием, а постепенно усиливает работу с продолжением сна и замедляет работу с увеличением периода бодрствования. Или, говоря точнее, активность глимфатической системы нарастала по мере того, как замедлялся сердечный ритм и нарастал дельта-ритм в мозге (дельта-волны в норме возникают в глубоком сне). Соответственно, активность глимфатической системы падала при нарастающем бета-ритме, который свойствен мозгу бодрствующему. То есть глимфатическая система не включалась на полную мощность, как только человек закрывал глаза, и не отключалась полностью, как только человек просыпался.
Участникам экспериментов было от 56 до 66 лет, так что было интересно повторить то же самое с людьми других возрастов, а также с людьми, у которых есть те или иные неврологические нарушения. Стоит на всякий случай уточнить, что тут не следили за движением молекул между разными зонами мозга и разными жидкостями – тут следили за изменением объёма внеклеточной жидкости. Считается, что изменения в её объёме позволяют судить об активности глимфатической системы, и дополнительные методы вроде МРТ говорят о том, что это действительно так. Но для того, чтобы судить именно об эффективности уборки мусора в спящем и бодрствующем человеческом мозге, возможно, будут нужны ещё какие-нибудь экспериментальные свидетельства.
Автор: Кирилл Стасевич