Недостаток сна наносит ущерб мозгу, из-за чего мы становимся хуже и ухудшаем память, а также наносим другой вред. Исследование на мышах показало, что некоторые из этих эффектов могут быть обусловлены изменениями в том, как клетки мозга связаны друг с другом.
В статье, опубликованной в Current Biology, исследователи показывают, что всего несколько часов лишения сна уменьшают количество различных типов синапсов — мест, где встречаются нейроны — в областях мозга, связанных с обучением и памятью. Результаты указывают на новый способ, которым сон может помочь нам оставаться в тонусе, говорят ученые.
Исследование «является техническим туром силы», говорит Маркос Франк, нейробиолог из Университета штата Вашингтон, который не принимал участия в работе. Тем не менее, он и другие предупреждают, что пока не ясно, объясняет ли этот результат неприятные побочные эффекты лишения сна.
Нервные клетки встречаются и общаются посредством химических веществ через синапсы, позволяя сигналам проходить через нервную систему. В человеческом мозге существуют триллионы таких связей, образующих и перестраивающих цепи нейронов, которые захватывают и хранят информацию. Различные теории пытались привлечь эти связи для объяснения связи между сном и памятью. Одна известная идея начала 2000-х годов гласит, что сила синапсов в мозге уменьшается, когда мы спим, и что это важно для сохранения энергии и подготовки мозга к кодированию новой информации на следующий день.
Но такие теории часто рассматривают синапсы как относительно однородные, говорит Сет Грант, нейробиолог из Эдинбургского университета. За последние несколько лет его команда и другие обнаружили, что синапсы удивительно разнообразны. Они различаются не только по типам химических веществ или нейротрансмиттеров, которые они используют для отправки сигналов, но и по структуре и составу белков, присутствующих в окружающих их нейронах.
Грант и коллеги ранее разработали метод, позволяющий сделать снимок этого разнообразия в мозге. Сначала они сконструировали мышей для производства флуоресцентных версий двух хорошо изученных белков, вырабатываемых в синапсах, PSD95 и SAP102, которые удерживают вместе множество других белков внутри нейронов. Затем они визуализировали мозг этих мышей с помощью микроскопии и классифицировали каждый синапс на три типа в зависимости от того, присутствовал ли PSD95, SAP102 или оба белка. Объединив это с информацией о размере и структуре каждого синапса, концентрациях каждого белка и скорости, с которой белки перерабатываются, они вывели в общей сложности 37 различных подтипов.
В текущем исследовании Грант и его команда изучали, как этот набор синапсов — то, что исследователи называют «синаптомом» — изменяется при лишении сна. Для этого они сравнили мышей, которые спали нормально, с теми, кого исследователи поддерживали бодрствованием в течение дополнительных 6 часов, осторожно поглаживая их щеткой или постукивая по их клеткам. Изображения мозга показали, что, хотя общее количество синапсов оставалось относительно постоянным, разнообразие подтипов снижалось у животных, лишенных сна, особенно в двух областях мозга, связанных с обучением и памятью: коре и гиппокампе. В частности, количество синапсов, которые быстро перерабатывали белки, уменьшалось, тогда как медленно перерабатывающих увеличивалось.
Неясно, как лишение сна приводит к этому сдвигу, хотя Грант отмечает, что некоторые предыдущие исследования показали, что недостаток сна может замедлить синтез белка в клетках. В целом, однако, результаты показывают, что сон играет важную роль в сохранении разнообразия синапсов в областях мозга, связанных с памятью, говорит он, — возможно, помогая объяснить, почему память страдает, когда мы не проводим достаточно времени в постели.
Большинство предыдущих исследований вообще не смогли выделить различия в синапсах, не говоря уже о том, чтобы показать, как они изменяются в мозге животных в ответ на лишение сна, добавляет Джейсон Рихел, нейробиолог из Университетского колледжа Лондона, который не принимал участия в работе. Однако он и другие исследователи говорят, что еще предстоит выяснить, объясняют ли эти изменения, почему мы чувствуем себя ужасно после ночи без сна, или почему нам вообще нужен сон.
«Самая большая трудность на самом деле заключается в том, чтобы разобраться [во всех этих изменениях в мозге] и выяснить, что функционально значимо», — говорит Драгана Рогулья, нейробиолог из Гарвардской медицинской школы, не участвовавшая в новом исследовании. Другие данные в статье группы предполагают, что, хотя синаптом меняется при лишении сна, он относительно стабилен в обычных циклах сна и бодрствования, добавляет она, поднимая вопросы о том, что поддерживает его в течение обычного дня.
Фрэнк согласен, что неясно, насколько важны эти результаты для объяснения функции сна. «Считаю ли я, что сохранение синаптического разнообразия является ответом на загадку сна? Пока нет. Но меня интригует эта новая перспектива».
