Сон зазвичай асоціюється з відновленням сил. Але під час найяскравішої фази сновидінь мозок може зіткнутися з несподіваним енергетичним дисбалансом. Дослідження японських учених показало: під час REM-сну кровопостачання мозку посилюється, але рівень енергії всередині нейронів водночас падає.
Поки що цей ефект виявили лише у мишей, тому говорити про те, що людські сни буквально «виснажують» мозок, зарано.
Мозок активний, хоча тіло спить
REM-сон — це фаза, під час якої найчастіше виникають яскраві та деталізовані сновидіння. Її називають парадоксальним сном, адже тіло залишається майже нерухомим, тоді як мозок працює дуже активно.
Команда з Університету Тохоку спостерігала за 15 живими мишами, не відкриваючи їм череп. За допомогою спеціальної системи вчені могли через прозору кістку відстежувати кровотік, активність нейронів та обмін енергії. Дослідники стежили за рівнем АТФ — основного «енергетичного носія» клітин — а також за піруватом, який бере участь у виробленні енергії та обміні глюкози.
Спочатку мозок готується до сновидінь
Під час глибокого сну все відбувалося досить передбачувано: коли активність нейронів зростала, кровоносні судини трохи згодом розширювалися. Таким чином мозок збільшував постачання ресурсів відповідно до потреб. Перед REM-сном картина була іншою.
Приблизно за 50 секунд до початку цієї фази кровопостачання починало зростати. Хвиля запускалася в задній частині мозку — ретроспленіальній корі — а потім поширювалася вперед. При цьому рівні АТФ та пірувату спочатку залишалися стабільними. Схоже, мозок заздалегідь перебудовував систему кровопостачання, готуючись до майбутньої активності.
Під час сновидінь енергії в нейронах ставало менше
Коли REM-сон починався, рівень пірувату в астроцитах — клітинах, які підтримують роботу нейронів, — зростав. Водночас концентрація АТФ усередині нейронів помітно падала. Найсильніше це проявлялося саме в ретроспленіальній корі. Цікаво, що ця ділянка тісно взаємодіє з гіпокампом і бере участь у формуванні просторової пам’яті.
Вчені припускають, що під час REM-сну мозок може активно «перепаковувати» інформацію та перебудовувати зв’язки між нейронами. Така робота потребує енергії навіть тоді, коли організм зовні перебуває у стані спокою. Після пробудження рівень АТФ у нейронах швидко відновлювався, тоді як показники пірувату в астроцитах поверталися до норми повільніше.
Чому виникає енергетичний парадокс?
Дослідники поки не знають точної причини. Вони розглядають кілька варіантів. Нейрони можуть просто витрачати більше АТФ на активну комунікацію та роботу з пам’яттю. Інша можливість полягає в тому, що астроцити не передають нейронам усі доступні енергетичні ресурси.
Також клітини можуть тимчасово переходити на менш ефективний, але потенційно безпечніший спосіб вироблення енергії. Ці механізми не обов’язково виключають один одного.
Дослідження важливе ще й з іншої причини. Воно показує, що більший кровотік не завжди означає більше енергії всередині нейронів. Це може бути важливим застереженням для інтерпретації результатів сканування мозку, зокрема методів, які оцінюють активність за змінами кровопостачання.
Втім, експеримент проводили на невеликій групі самців-мишей. Чи відбувається подібний процес у мозку людини під час яскравих сновидінь, ще належить з’ясувати. Результати дослідження опубліковані в Communications Biology.