Наше тіло постійно перебуває у стані руху — від ритму дихання до потоків рідини, які щоночі “промивають” наш мозок. І тепер науковці з’ясували, що ключові ритми мозку та кишківника мають спільне фізичне підґрунтя.
Ті самі коливальні закономірності, які допомагають перетравлювати їжу, виявляється, діють і в судинах мозку — вони сприяють доставці кисню та поживних речовин у потрібний момент. Це відкриття може суттєво змінити наше розуміння роботи обох біологічних систем.
Міжнародна команда дослідників вирішила розібратися, як судини мозку контролюють ритмічні зміни кровотоку, відомі як кортикальна васомоція. Але перед тим, як зануритися у найскладнішу систему у Всесвіті — людський мозок, вони почали з простішого прикладу: перистальтики кишківника, яка проштовхує їжу через травну систему.
Спираючись на попередні дослідження, команда створила розширену математичну модель цих ритмів — модель Гінзбурга–Ландау (Ginzburg–Landau, GL), яка описує хвилі та коливання. Коли вчені перевірили, чи може ця модель відтворити ті ж закономірності, які вони спостерігали під час експериментів на котячих кишках, вона повністю підтвердила результати.
Нова модель показала, як групи коливань можуть синхронізуватися — або “зв’язуватися” між собою — якщо їхні відмінності не надто великі. Є певні пороги, за яких це відбувається, і пороги, коли ні.
Це не лише допомагає пояснити, як працює травна система, але й виявляє разючу схожість із фізикою нейронних коливань у мозку.
«Кожна ділянка кишківника діє як осцилятор, що “спілкується” із сусідніми ділянками», — пояснює фізик Масімо Верґассола з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго. «Зазвичай такі системи вивчають у гомогенному середовищі, коли всі осцилятори мають подібні частоти. У нашому випадку вони більш різноманітні — як у кишківнику, так і в мозку».
Звісно, між цими органами існують значні відмінності. Наприклад, у кишківнику рух має один напрям — від шлунка до виходу, тоді як кров у мозку циркулює складною мережею судин у різних напрямках.
Хоча йдеться не про прямий зв’язок, а радше про подібність поведінки, ці результати можуть допомогти краще зрозуміти пульсації у мозку та кишківнику, що пов’язані зі станом психічного здоров’я або навіть можуть передвіщати розвиток деменції.
«Мозок — незрівнянно складніший за кишківник, але саме так працює справжня наука, — каже дослідник Девід Клейфелд. — Ставиш одне запитання, воно веде тебе до іншого, ти знаходиш відповідь — і повертаєшся до початку, щоб зрозуміти ще глибше».
Роботу опубліковано в журналі Physical Review Letters.