Почему длительное бодрствование неизбежно вызывает сонливость? Исследователи из Базельского университета в Швейцарии выявили нейронные популяции в мозге мышей, которые активируются во время длительного бодрствования и имеют решающее значение для стремления к сну. Их открытия дают новые представления о том, как мозг создаёт потребность во сне.

После долгого дня или бессонной ночи желание заснуть становится почти неизбежным. Хотя сон необходим для выживания, учёные давно испытывают трудности с пониманием, как мозг отслеживает время бодрствования и превращает его в потребность во сне.

Команда профессора Алекса Шира из Биоцентрума Базельского университета совместно с исследователями из Медицинского центра Бет Израэль Диаконис и Университета Оберна выявила конкретные нейроны, которые имеют решающее значение для сбалансированной связи между сном и бодрствованием. «Мы выявили нейронные популяции, которые контролируют длительное бодрствование и активно способствуют сну», — говорит Шир. «Это важная недостающая часть головоломки, помогающая понять, почему мы становимся сонными».

Для выявления вовлечённых областей мозга исследователи сравнили паттерны активации мозга у мышей во время нормальных циклов сна-бодрствования, недосыпа и восстановительного сна. Это выделяло конкретные области мозга, отражающие время, проведённое в состоянии бодрствования. Ученые дополнительно выявили две отдельные нейронные популяции, влияющие на сонное желание: ГАМКергические и серотонинергические нейроны в стволе мозга. Активация обеих нейронных популяций увеличивалась, чем дольше животные бодрствовали, и снова снижалась после начала сна.

Далее встал вопрос: отражают ли эти нейронные популяции просто бодрствование или активно генерируют компенсаторную реакцию на сон. Когда обе популяции были искусственно активированы, мыши спали дольше и глубже, демонстрируя форму восстановительного сна, которая обычно следует после длительного бодрствования. В отличие от этого, ингибирование этих нейронов значительно снижало сон и позволяло животным сохранять бодрствование.

«Эти нейроны не просто сигнализируют о том, что животное проснулось», — говорит Шир. «Наши эксперименты показывают, что они крайне важны для поддержания сна и могут быть ключевыми компонентами нейронной цепи, которая генерирует сонный инстинкт». Таким образом, результаты дают одно из самых чётких на сегодняшний день доказательств того, что определённые нейроны, активные в бодрствующем состоянии, усиливают стремление к сну, а не просто реагируют на бодрствование.

Дальнейшие эксперименты показали, что длительное подавление двух нейронных популяций значительно снижает потребность во сне, при этом мыши спали примерно на 70% меньше, чем обычно. Неожиданно, но большинство этих животных не проявляли некоторых серьёзных поведенческих нарушений, которые обычно сопровождают недосыпание. Другими словами, эти нейроны, по-видимому, определяют не только количество сна животных, но и насколько сильно у них нарастает потребность во сне со временем.

Понимание того, как мозг генерирует сонный инстинкт, открыло бы совершенно новые возможности для исследований сна. «Будущие исследования могут выяснить, как эти нейроны взаимодействуют с остальной частью мозга и как формируется сонное желание на молекулярном уровне», — говорит доктор Уильям Джу, первый автор исследования. «Наша способность стабильно трансформировать поведение во сне также позволяет исследовать адаптации к долгосрочной потере сна — это может в конечном итоге выявить способы повышения устойчивости к недосыпу и другим физиологическим проблемам».

Понимание нейронных цепей, делающих сон неизбежным, является центральной целью исследований сна. Помимо нарушений сна, эти результаты могут помочь объяснить, как мозг справляется с длительным бодрствованием и другими физиологическими трудностями, что в конечном итоге вдохновляет на новые терапевтические подходы.