Хотя во время сна глаза человека закрыты, под веками продолжается активная деятельность. Исследование, проведённое Каролин Люстенбергер, Сарой Мейсснер и Николь Вендерот из Лаборатории нейронного контроля движения Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH), выявило, что размер зрачков колеблется даже в фазах сна. Эти изменения происходят как в течение нескольких секунд, так и в течение минут, указывая на сложную нейронную активность.
Новый взгляд на возбуждение мозга во время сна
Как отмечает Люстенбергер, колебания зрачков отражают динамические изменения уровня активации мозга, особенно в зонах, отвечающих за регуляцию сна и бодрствования. Это открытие противоречит ранее существовавшему представлению о том, что во сне уровень возбуждения стабильно низкий. Новые данные подтверждают, что мозг не остаётся в статичном состоянии, а активно переключается между различными уровнями возбуждения, даже в фазах глубокого сна. Эти выводы также согласуются с исследованиями на грызунах, где были выявлены подобные медленные колебания активации, известные как возбуждение.
Технологические вызовы и инновации в исследовании
Глубокие структуры мозга, регулирующие уровень активации, расположены в стволе мозга, что осложняет их прямое изучение во время сна. Существующие методы слишком сложны и недостаточно разработаны для этих задач. Поэтому команда ETH сосредоточилась на исследовании динамики зрачков, известных как индикаторы активации у бодрствующих людей.
Для изучения поведения зрачков во время сна был разработан уникальный метод: с использованием специального клеевого состава и прозрачного пластыря исследователи удерживали глаза участников открытыми. Несмотря на первоначальные опасения, испытуемые смогли заснуть в тёмной комнате, забыв о том, что их глаза открыты. Этот подход позволил детально отслеживать изменения зрачков и их связь с мозговой активностью.
Результаты анализа и их значение
Анализ показал, что колебания размера зрачков связаны не только с различными стадиями сна, но и с определёнными нейронными паттернами, такими как сонные веретена и волны глубокого сна. Эти мозговые волны играют ключевую роль в консолидации памяти и поддержании качества сна. Кроме того, было установлено, что реакция мозга на внешние звуки варьируется в зависимости от уровня активации, что также отражается в размере зрачков.
Роль голубого пятна и дальнейшие исследования
Центральным элементом регуляции уровня активации является небольшая структура в стволе мозга, известная как голубое пятно. Исследования на животных показали его важность для регулирования стадий сна и бодрствования. В текущем исследовании ETH прямое влияние голубого пятна на динамику зрачков доказано не было. «Мы лишь фиксируем изменения зрачков, которые коррелируют с уровнем активации мозга и сердечной деятельностью», — комментирует Люстенбергер.
В дальнейшем учёные планируют использовать фармакологические методы для влияния на активность голубого пятна, чтобы более точно определить его роль в контроле зрачковой динамики и узнать, как эти изменения сказываются на качестве сна.
Перспективы для медицины сна и нейронауки
Понимание динамики зрачков во время сна может существенно повлиять на диагностику и лечение нарушений сна, таких как бессонница, посттравматическое стрессовое расстройство и, возможно, болезнь Альцгеймера. Исследователи предполагают, что отклонения в зрачковой динамике могут свидетельствовать о дисфункциях системы возбуждения, и это станет предметом будущих исследований.
Кроме того, учёные стремятся адаптировать разработанную технологию для использования за пределами лабораторий. Например, методика может быть применена в больницах для мониторинга состояния пациентов в коме или более точной диагностики нарушений сна. Зрачок, как «окно в мозг», может стать ключевым элементом в разработке новых подходов в медицине сна и нейронауке.
Будущее исследований и новые горизонты
Понимание процессов, происходящих во время сна, важно не только для нейронауки, но и для улучшения качества жизни. Технологии, позволяющие глубже изучать динамику мозга, открывают путь для разработки новых методов терапии и диагностики. Исследования ETH закладывают основу для будущих открытий, которые могут преобразить подход к лечению расстройств сна и других неврологических заболеваний.
Ранее была разработана инновационная терапия стволовыми клетками CALEC, которая продемонстрировала 92% успеха в регенерации роговицы и восстановлении зрения. Хотя эта методика пока остаётся экспериментальной, она открывает огромные перспективы для лечения глазных травм. Подобные прорывы подчеркивают важность непрерывного исследования и внедрения новых технологий в медицину.