Кофеин – самый популярный психостимулятор в мире, который употребляют люди различных возрастов. Влияние кофеина на чувство бодрости, внимание и концентрацию известны давно, однако их механизм до конца не изучен.
Исследователи из Канады в недавней работе, опубликованной в журнале Communications Biology, описали влияние кофеина на работу мозга во время сна. С помощью электрофизиологических методов удалось выяснить, что кофеин повышает сложность мозговой активности за счет увеличения энтропии, а также переводит мозг в режим критической работы, что характерно для состояния бодрствования и сильной когнитивной нагрузки. Причем этот эффект был более выражен у молодых людей по сравнению с людьми среднего возраста.
Кофеин – это самый распространенный в мире психоактивный стимулянт. Люди во всем мире получают его из различных продуктов – кофе, чай, шоколад, энергетические напитки, лекарственные вещества. Употребление кофеинсодержащих продуктов имеет как положительные эффекты – улучшение внимания, фокусирования, так и отрицательные – нарушение качества сна. Среди положительных эффектов кофеина было выявлено даже его некоторое нейропротективное действие при болезни Паркинсона.
Кофеин влияет на качество сна различными путями – он увеличивает латентность сна (время, за которое человек засыпает) и снижает эффективность сна (время, которое человек тратит на сон, находясь в кровати).
Кофеин является антагонистом рецепторов аденозина. Аденозин очень важен для гомеостаза мозга, один из его эффектов – стимуляция засыпания, что и блокируется кофеином. Кроме того, аденозин, действуя через рецепторы А1 и А2, повышает проницаемость гематоэнцефалического барьера, что способствует проникновению в ткань мозга таких веществ, как бета-амилоид и декстраны.
Предыдущие электрофизиологические исследования влияния кофеина на сон продемонстрировали его способность снижать представленность медленноволновой активности и увеличивать количество бета- и сигма- волн. Однако измерение исключительно осцилляторных свойств не отражает всей сложности ЭЭГ-сигнала.
Группа ученых из Канады описали влияние кофеина на такие показатели, как сложность мозговой активности, критический режим работы и энтропию, измеренный с помощью электрофизиологии. Для обработки данных исследователи применяли методы нелинейного анализа, включая мультифрактальную детрентированную флуктуацию и расчет энтропии.
В состоянии бодрствования и активной когнитивной деятельности сложность мозга и энтропия повышены. Также активная когнитивная нагрузка ассоциирована с критическим режимом работы мозга.
В исследовании, в котором принимало участие 40 добровольцев, сравнивалась активность мозга в состоянии сна при употреблении 200 мг кофеина и плацебо. Было выявлено, что при употреблении кофеина повышалась сложность мозговой активности за счет увеличения энтропии, а также происходил сдвиг в сторону критического режима работы мозга в состоянии медленного сна и сна с быстрыми движениями глаз. Такой активности не наблюдалось у людей после употребления плацебо. Интересно, что у людей молодого возраста (20-27 лет) влияние кофеина на работу мозга во время сна с быстрыми движениями глаз была более выражена, чем у людей среднего возраста (41-58 лет).
Это исследование позволяет глубже понять влияние кофеина на работу мозга, а также может объяснить его положительный эффект на такие когнитивные функции, как внимание и фокусировка.
Текст: Вадим Русскин