Сон … может ли он сокращать нейронные связи, когда наш мозг отдыхает?

Как выяснили ученые, в то время, как мы спим, синапсы мозга — соединения между нейронами — сжимаются почти на 20 процентов. За этот период они отдыхают и готовятся к следующему дню, тогда они успевают окрепнуть, стать сильнее, чтобы далее получать свежие знания, учиться новым вещам.

Без этого «информационного сброса», известного как «синаптический гомеостаз», синапсы могут попросту «сгореть» — как электрическая розетка от перегрузки подключенных к ней приборов.

«Сон – это идеальное время для синаптической перенормировки, потому что, когда мы бодрствуем, мы ‘рабы’ здесь и сейчас, мы вынуждены реагировать на внешние стимулы и учиться чему-то,» — говорит Доктор Чиара Сирелли из Университета Висконсин-Мэдисон, Центр сна и сознания.

«Во время сна мы гораздо меньше озабочены внешним миром … и мозг берет за образец все наши синапсы и перенормировывает их в интеллектуальную идею» – Сирелли.

Доктор Сирелли и ее коллега, доктор Гиулио Тонони, тоже из Университета Висконсин-Мэдисон, представили эту синаптическую гипотезу гомеостаза еще в 2003 году.

Теперь Сирелли и Тонони имеют прямое визуальное доказательство ослабления синапсов, понаблюдав за сокращением их у мышей, в то время как животные спали; этот сложный эксперимент проводился в течение четырех лет. Исследователи описали свои выводы 2 февраля в журнале «Science».

«Сон – такую цену люди платят за свой мозг, который постоянно познает новое. Полученные результаты поддерживают идею, что сон необходим для консолидации памяти и обучения» — Фостер.

На протяжении тысячелетий люди исследовали природу и цель сна. Аристотель предположил, что сон является восстанавливающим способом заменить или восстановить все, что «сгорело» по всему телу в течение дня. Современная наука поддерживает эту идею, исследователями определенен набор генов, связанных с восстановлением метаболических путей, которые включаются только во время сна.

В статье, опубликованной в 2003 году, высказана гипотеза о роли сна в росте синапсов, которые служат в качестве путей к паромной информации между нейронами. Синапсы постоянно укрепляются или расширяются в течение дня, чтобы приспособить поток нейронного трафика, так как мозг впитывает новые впечатления. Но это усиление не может продолжаться бесконечно, иначе синапсы перенасытятся.

Ученые предположили в своей более ранней работе, что синапсы обрезается во время сна. Эта обрезка не обязательно является причиной того, что организму нужен сон, а, скорее, это тело стремится окунуться в состояние покоя.

Чтобы найти доказательства, ученые использовали новую форму электронной микроскопии, которая может различать мельчайшие изменения — сужение и последующее расширение микроскопических синапсов на уровне нанометра в мозги мышей. Они обнаружили, что несколько часов сна привели к 18-процентному уменьшению размеров синапсов в среднем.

Доктор Сирелли отметил, что это сокращение произошло в около 80% синапсов, но оно пощадило самые крупные. Они могут быть связаны с наиболее устойчивыми и важными воспоминаниями. Однако, каким образом мозг решает, какие синаптические соединения обрезать — еще одна загадка.

«Мы планируем проводить следующие эксперименты на основе мышиных моделей для изучения связи между циркадными ритмами, «внутренними часами», сном, синапсом и психическими расстройствами. Некоторые из ключевых особенностей этих расстройств представляются нарушениями в нервной системе, нарушением сна, мышления и памяти» — говорит Фостер, он же соавтор готовящейся к печати книги «Циркадные ритмы: небольшое введение».

Фостер добавил, что восстановление синапсов может быть одной из основных функций сна, особенно для людей, с их передовыми когнитивными способностями, по сравнению с животными. Однако, обрезка синапсов, скорее всего, будет лишь одной из многих необходимых функций, которые происходят во время фазы сна.