Швейцарские нейробиологи измерили размер зрачка у спящих людей и обнаружили, что он связан с активностью мозга. Это исследование может помочь лучше понять механизмы, регулирующие переход между состояниями сна и бодрствования, а также предложить новые подходы к диагностике и лечению нарушений сна.
Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH) разработали новый метод измерения размера зрачков во время сна. Для этого они зафиксировали веки испытуемых прозрачным пластырем, выключили свет, оставив только инфракрасную подсветку, и записали видео, по которому затем измерили размер зрачков. Чтобы предотвратить сухость глаз во время эксперимента, применялась мазь, содержащая витамин А.
«Наше главное беспокойство заключалось в том, что испытуемые не смогут спать с открытыми глазами. Но в темной комнате большинство людей забывают, что их глаза все еще открыты, и могут спать», — поделился ведущий автор исследования Мануэль Карро Домингес, разработавший эту методику.
Также во время исследования проводилась полисомнография и электрокардиография (ЭКГ).
Ученые обнаружили, что зрачок постоянно то увеличивался, то уменьшался; иногда эти изменения происходили за секунды, а иногда — в течение нескольких минут. Колебания были связаны с различными стадиями сна — так, размер зрачков значительно уменьшался от бодрствования к глубокому сну.
Также была обнаружена связь размера зрачков с паттернами мозговой активности, такими как сонные веретена — ритмичными колебаниями мозга, важными для глубокого сна и консолидации памяти. Консолидацией называют процесс, во время которого мозг «переписывает» воспоминания из кратковременной памяти в долгосрочную.
Регулятором циклов сна-бодрствования является небольшая область в стволе мозга, известная как голубое пятно (locus coeruleus). Голубое пятно управляет бодрствованием через норадреналин. Когда мы засыпаем, его активность снижается, и уровень норадреналина падает. Это позволяет таламусу и коре создавать сонные веретена. Если голубое пятно слишком активно, сонные веретена подавляются, а если его активность низкая — возникают.
Учёные не смогли доказать, действительно ли голубое пятно напрямую отвечает за изменения зрачка. «Мы просто наблюдаем изменения зрачков, связанные с активностью мозга», — объясняет один из авторов исследования. В дальнейшем они попытаются повлиять на активность голубого пятна с помощью лекарств, чтобы изучить, как это влияет на изменения размеров зрачков. Учёные надеются выяснить, действительно ли эта область мозга отвечает за такие изменения во время сна, и как уровень её активности влияет на сон.
Также исследователи хотят узнать, могут ли изменения зрачков во время сна указывать на заболевания, связанные с нарушениями в системе возбуждения. К ним относится бессонница, посттравматическое стрессовое расстройство и, возможно, болезнь Альцгеймера.
Другая цель — сделать технологию применимой за пределами лабораторий сна, например в больницах, где она могла бы помочь контролировать бодрствование пациентов в коме или более точно диагностировать нарушения сна. Таким образом, зрачок как окно в мозг может проложить путь для новых возможностей в медицине сна и нейронауке.
Своим открытием ученые поделились в журнале Nature Communications.
Текст: Вера Васина