Мы проводим от одной четверти до одной трети нашей жизни во сне, и в это время мозг продолжает активно работать, выполняя регулярное обслуживание. Известно, что сон важен для обучения и создания памяти, и вы, возможно, слышали, что во время сна мозг избавляется от отходов, накопленных во время бодрствования.
Но как мозг очищает себя от этих токсинов и почему это происходит только во время сна?
Система очистки отходов мозга известна как глимфатическая система, которая включает сеть туннелей вокруг сосудов мозга. Эта система аналогична системе очистки отходов, обнаруженной в остальной части организма, которая называется лимфатической системой.
Туннели глимфатической сети содержат прозрачное водянистое вещество, называемое спинномозговой жидкостью (СМЖ), которое содержит питательные вещества и физически смягчает мозг. СМЖ из этих туннелей попадает в пространства головного мозга, где смешивается с другой жидкостью, находящейся между активными клетками мозга.
Здесь спинномозговая жидкость собирает метаболические отходы из этих клеток; сюда входят белки бета-амилоида, которые накапливаются в мозге при болезни Альцгеймера. Затем «грязная» жидкость вымывается из пространства и выходит из мозга через лимфатические сосуды, которые направляют спинномозговую жидкость в лимфатическую систему, где она выводится.
Помимо очистки этих отходов, глимфатическая система помогает транспортировать жиры, сахара и химические вещества-посредники в нервной системе и может отыгрывать роль в распределении лекарств внутри мозга.
Эта система была впервые обнаружена у мышей, но сканирование мозга показало, что эта система существует и в человеческом мозге.
«Глимфатическая связь — это водопровод мозга», — рассказал Live Science по электронной почте Джонатан Кипнис (Jonathan Kipnis), иммунолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
Система зависит от звездообразных клеток, называемых астроцитами, которые образуют связи с кровеносными сосудами. Водные каналы в астроцитах помогают СМЖ перетекать из одного места в другое.
Доктор Майкен Недергаард (Maiken Nedergaard), чья команда в Медицинском центре Университета Рочестера открыла глимфатическую систему в 2012 году, отметила, что участие астроцитов в этом важном процессе её удивило.
«Нейронаука всегда была очень нейрон-центричной. Астроциты рассматривались как клетки, отвечающие за бытовые задачи, — сказала она. — И здесь мы говорим, что астроциты могут указывать мозгу, что делать.»
Команда обнаружила глимфатическую систему, поместив флуоресцентные молекулы в спинномозговую жидкость мышей и проследив её поток. В аналогичных экспериментах они обнаружили, что этот поток связан со сном — у бодрствующих мышей он уменьшался почти на 95% по сравнению со спящими.
Недергаард предполагает, что, поскольку наш мозг фокусируется на интеграции всей информации, которую мы получаем, когда бодрствуем, он не может одновременно очищаться.
«Это определённо объясняет нашу биологическую потребность во сне», — сказала она.
Состояние сна человека, по-видимому, также влияет на то, как спинномозговая жидкость перемещается по лабиринту миллиардов нейронов, удаляя отходы. Сон синхронизирует нейроны, отправляя высокоэнергетические волны заряженных частиц через жидкость между клетками. Это помогает перемещать спинномозговую жидкость в эти пространства.
Тем не менее, были получены противоречивые результаты относительно влияния сна на этот процесс очистки мозга. Некоторые учёные обнаружили, что процесс может происходить независимо от того, спит ли животное или находится в бодрствующем состоянии. Они показали, что экспериментальным методом можно изменить глимфатический поток независимо от состояния сна.
Однако, по словам Кипниса, многие учёные соглашаются с тем, что очистка наиболее эффективна именно во время сна.
Недергаард добавила, что пока данных о том, как отходы удаляются из мозга, недостаточно.
«[Данные рассматривают] перемещение мусора из одной комнаты в другую, а не избавление от него», — говорит она.
Считается, что глимфатическая система с возрастом изнашивается, и это может способствовать накоплению отходов и аномальных белков, что потенциально может привести к таким заболеваниям, как болезнь Альцгеймера.
«Я думаю, что каждое заболевание, вызванное накоплением мусора, зависит от функции глимфатической системы», — сказал Кипнис.
Недергаард с этим согласна. В теории, терапии, направленные на улучшение качества сна, могут быть полезны для людей с медленным глимфатическим потоком и потенциально замедлить прогрессирование нейродегенеративных заболеваний, отметила она.
