Все люди живут по определённому суточному циклу – от бодрого состояния до усталого. Однако функции мозга, которые управляют этим режимом, по-прежнему представляют для учёных загадку. И такую головоломку представителям науки, естественно, хочется разгадать.
Недавно исследователи из Стэнфордского университета сделали необычное открытие: различные участки мозга циклично «засыпают» и «просыпаются» в течение всего дня, пока человек вроде бы бодрствует.
Существует много исследований, посвящённых механизмам, которые, грубо говоря, руководят людьми при засыпании и пробуждении. Новая же научная работа фокусировалась на круглосуточной активности столбцов нейронов в мозге. Специалисты впервые заметили, что все нейроны в каждом столбце все вместе совершают циклический процесс между фазами высокой и низкой активности.
«При включённом состоянии все нейроны начинают быстро активизироваться. Но затем они вдруг просто переключаются на более низкую скорость активизации. Подобное включение и выключение происходит постоянно, как будто нейроны подбрасывают монетку и решают, что им сейчас делать», — рассказывает ведущий автор исследования Квабена Боахен (Kwabena Boahen).
Такие циклы похожи на те, которые возникают во время сна, благодаря чему учёные предполагают, что участки мозга регулярно «засыпают» и «просыпаются». Подобный феномен, кстати, был замечен у птиц, которые отдыхают таким образом в течение дальних перелётов. Вероятно, такие циклы не были ранее замечены у людей, поскольку их очень сложно зафиксировать: всё происходит очень быстро (речь идёт о секундах или отрезках времени того меньше), и мозговые волны не распространятся далеко за пределы столбцов нейронов.
Исследователи решили изучить влияние этих циклов на способность сосредотачивать внимание на заданиях. Специалисты подключили датчики к головам обезьян. Участок мозга, который отслеживали учёные, отвечает за распознавание определённой части поля зрения животных.
Приматы были обучены реагировать на изменения в визуальной области. Исследователи инициировали сигнал, который давал животным понять, что изменение происходит в определённом месте. Затем награждали их, если животные давали знать об увиденных изменениях.
Получая реакцию на увиденный сигнал, обезьяны ожидали изменения и уделяли больше внимание конкретной визуальной области. Внутри мозга все нейроны в пределах данного столбца продолжали переживать фазы включения и выключения, но они, как правило, оставались активными чуть дольше, когда обезьяны сосредотачивали своё внимание.
Примечательно, что если изменение появлялось во время периода активности нейронов, то животные чаще всего замечали сигнал. Однако, даже если обезьяны пристально уделяли внимание «работе» во время «сонной» фазы нейронов, то они чаще всего пропускали визуальное изменение.
«Обезьяны очень хорошо фиксировали изменения в то время, когда нейроны в столбце находились в рабочем состоянии, но не в тот момент, когда они находились в выключенном состоянии», — рассказывает другой автор работы Татьяна Энгель (Tatiana Engel).
Исследователи задаются вопросом, если мозг работает более эффективно при включении нейронов, то почему он всё-таки их периодически выключает? Предполагается, что всё дело всё равно в вопросе эффективности, но в другой плоскости. Учитывая сложность и мощность мозга, ему необходимо огромное количество энергии для функционирования. Так что, по всей видимости, цикл включения и выключения позволяет ему напрямую направлять энергию в другое русло. Немного «сна» может дать клеткам возможность избавиться от отходов, которые накапливаются в рабочем состоянии.
Исследования о сменяющихся фазах мозга опубликовано в научном издании Science.
Автор: Евгения Ефимова