Как бессонная ночь меняет мозг и мешает восстановлению нервных связей
Одна ночь без сна может не просто испортить настроение и лишить человека сил. Она вызывает измеримые изменения в связях между клетками головного мозга. К такому выводу пришла международная группа ученых под руководством исследователей из института нейронаук и медицины исследовательского центра Юлиха в Германии. Результаты работы опубликованы в научном журнале, посвященном биологии. Учёные обнаружили, что после продолжительного бодрствования в нескольких отделах мозга увеличивалось количество маркеров, связанных с межклеточными контактами. Проще говоря, мозг человека, который долго не спит, продолжает формировать и укреплять связи между нервными клетками. На первый взгляд это может показаться полезным. Чем больше связей, тем лучше работает мышление, верно? На самом деле все сложнее. Без своевременной «перезагрузки» такая активность становится дополнительной нагрузкой.
Сон давно остается одной из самых любопытных загадок физиологии. Человек проводит в постели примерно треть жизни, хотя с точки зрения выживания это довольно уязвимое состояние. Во сне мы хуже реагируем на опасность, не можем искать пищу и почти не контролируем окружающую обстановку. Значит, у такого поведения должна быть очень серьезная биологическая причина.
Одно из возможных объяснений связано с восстановлением равновесия между контактами нервных клеток. В течение дня мозг непрерывно получает информацию. Мы смотрим, слушаем, разговариваем, принимаем решения, вспоминаем прошлое и строим планы. Даже обычная прогулка по знакомой улице заставляет нервную систему обрабатывать цвета, звуки, движения людей, положение тела и десятки других сигналов. При этом контакты между клетками постепенно усиливаются. Так мозг закрепляет полученный опыт и учится реагировать на новые обстоятельства.
Однако усиление связей требует энергии. Кроме того, в нервной ткани могут накапливаться различные белки и продукты клеточной деятельности. Если этот процесс продолжается слишком долго, системе становится трудно поддерживать устойчивую работу. По одной из научных гипотез, во время сна мозг ослабляет часть менее важных контактов, сохраняет действительно нужные связи и возвращается к более сбалансированному состоянию.
До недавнего времени основные доказательства такой «ночной настройки» были получены во время экспериментов на животных. Проверить тот же механизм у людей сложнее. Нельзя просто взять образец ткани здорового мозга до и после бессонной ночи. Поэтому ученым приходится использовать косвенные, но достаточно информативные способы наблюдения.
В новом исследовании приняли участие 40 человек. Половина добровольцев провела ночь без сна, а остальные придерживались обычного режима. Затем ученые исследовали их мозг с помощью позитронной эмиссионной томографии. Этот метод позволяет проследить распределение определенных веществ в тканях и оценить активность разных биологических процессов.
Специалисты искали белок, содержащийся в пузырьках на окончаниях нервных клеток. Эти маленькие структуры участвуют в передаче сигналов между нейронами. Чем больше обнаруживается соответствующего маркера, тем выше может быть плотность синапсов — так называются места контакта клеток мозга.
После приблизительно 28 часов непрерывного бодрствования показатели этого белка у лишенных сна участников оказались выше сразу в нескольких областях. Изменения заметили, в частности, в гиппокампе. Этот отдел играет важную роль в запоминании событий и формировании новых воспоминаний. Повышенные значения также выявили в таламусе, который можно сравнить с крупным информационным узлом. Через него проходят и распределяются многие сигналы, поступающие в головной мозг.
Получается, даже одна бессонная ночь заставляет нервную систему дольше обычного обрабатывать раздражители и поддерживать активные межклеточные контакты. Мозг не выключается вместе с освещением в комнате. Он продолжает реагировать на звуки, мысли, движения и внутренние ощущения, хотя его ресурсы постепенно истощаются.
Сон для человека выполняет примерно ту же восстановительную роль, какую заводной механизм играет для часов.
Артур Шопенгауэр
После периода бодрствования участникам разрешили поспать два часа. Ученые обратили внимание на медленные волны, характерные для глубоких стадий сна. Чем выше до отдыха был показатель плотности синаптических контактов, тем выраженнее оказывалась медленноволновая активность.
Глубокий сон обычно становится интенсивнее, когда организм испытывает сильную потребность в восстановлении. Например, после тяжелого дня или длительного отсутствия сна человек может быстрее погружаться в глубокие стадии. Мозг словно пытается компенсировать накопившийся дефицит и выполнить работу, которую ему не дали сделать вовремя.
Обнаруженный белок не позволяет буквально пересчитать все контакты между нервными клетками. Он служит лишь косвенным показателем. Кроме того, изменения были сравнительно небольшими. Это не означает, что за одну бессонную ночь мозг полностью перестраивается или получает необратимые повреждения. Но даже небольшие сдвиги имеют значение, поскольку их удалось увидеть у живых людей с помощью объективного метода. Речь идет уже не только о субъективной усталости, тяжелой голове или желании закрыть глаза. Длительное бодрствование сопровождается процессами, которые можно зарегистрировать на клеточном уровне.
Вероятно, именно с этим частично связаны проблемы, знакомые людям после бессонной ночи. Становится сложнее удерживать внимание, отделять важную информацию от второстепенной, контролировать эмоции и принимать взвешенные решения. Мозг продолжает работать, но делает это в условиях растущей перегрузки. Можно сравнить его с рабочим столом, на который весь день складывали документы, не убирая уже обработанные бумаги.
Особенно интересно, что изменения затронули гиппокамп. Во время сна этот отдел участвует в переработке воспоминаний. Считается, что мозг сортирует полученный за день опыт, укрепляет полезную информацию и постепенно отбрасывает лишние детали. Если человек не спит, новые впечатления продолжают поступать, а полноценная сортировка откладывается.
Поэтому попытка учиться всю ночь перед экзаменом может дать результат, противоположный ожидаемому. Дополнительные часы бодрствования позволяют еще раз перечитать материал, но одновременно снижают способность мозга правильно его закрепить и затем воспроизвести. Иногда несколько часов сна оказываются полезнее, чем очередное повторение конспекта под утро.
То же касается ночной работы. Человек может чувствовать, что сохраняет продуктивность благодаря кофе, яркому свету или постоянной смене задач. Однако бодрость и полноценное восстановление — не одно и то же. Стимуляторы временно уменьшают сонливость, но не выполняют работу, которую нервная система проводит во время глубокого сна. Исследование также подчеркивает, что сон нельзя воспринимать как пассивное бездействие. Пока тело лежит неподвижно, мозг продолжает сложную внутреннюю работу. Он регулирует активность связей, перераспределяет ресурсы, обрабатывает воспоминания и готовится к следующему периоду бодрствования.
Полученные данные пока не позволяют сказать, сколько именно сна нужно для полного восстановления синаптического равновесия после бессонной ночи. Двухчасовой отдых помог ученым увидеть связь между накопившейся потребностью во сне и глубокой медленноволновой активностью. Однако короткий дневной сон вряд ли способен во всех случаях заменить полноценную ночь.
Ученым еще предстоит выяснить, одинаково ли реагируют на недосып молодые и пожилые люди, как влияют хронические нарушения режима и насколько быстро показатели возвращаются к исходному уровню. Отдельный вопрос — что происходит с межклеточными контактами у тех, кто регулярно работает ночью или спит по четыре-пять часов в течение многих месяцев.
