У бодрствующих животных некоторые участки мозга спят

Недавно группа американских ученых обнаружила интересное явление — оказывается, даже у бодрствующих животных некоторые участки головного мозга могут ненадолго погружаться в сон. Скорее всего, этот сон необходим им для того, чтобы впустить внутрь кальций и запустить синтез веществ, необходимых для установления коммуникаций между клетками мозга.

О том, что во время сна некоторые участки мозга бодрствуют, известно довольно давно. Это доказывают исследования с помощью электоэнцефалографа (прибора, регистрирующего электрическую активность нашего центра высшей нервной деятельности). Однако в последнее время выяснилось, что может быть и обратный эффект. Так, во время экспериментов американских биологов выяснилось, что во время бодрствования некоторые участки мозга могут спать.

Ученые из Университета Висконсина в Мэдисоне (США), работая с крысами, при помощи различных уловок не давали грызунам спать дольше обычного. Чтобы понять, что при этом происходит с мозгом животных, на них навесили миниатюрные электроэнцефалографы, а в лобный и теменной отделы коры имплантировали массив электродов. После чего был проведен анализ электрической активности различных участков. Каково же было удивление исследователей, когда некоторые из них дали классический тета-ритм (этот вид волн иллюстрирует электрическую активность мозга во время неглубокого сна).

Читайте также: Бессонные мутанты на здоровье не жалуются

Интересно, что чем меньше крысе не давали спать, тем быстрее самые разные участки лобной и теменной долей коры больших полушарий начинали засыпать. При этом в норме этот "сон" был достаточно коротким — всего лишь несколько минут. Тем не менее, все это время животное вело себя так, как для него это было характерно во время бодрствования — бегало, общалось и выполняло задания экспериментаторов. Причем даже тогда, когда многие из его двигательных центров пусть не крепко, но все же спали!

Правда, было замечено, что такие "спящие наяву" крысы не очень-то хорошо решали задачки, предлагаемые им учеными. Так, заставив недоспавших крыс выполнить простое задание с вознаграждением, биологи заметили, что животные ошибаются тем чаще, чем больше нейронов "отключается". То есть, чем больше центров коры головного мозга засыпало, тем менее точными становились движения подопытного зверька и тем хуже он соображал, даже несмотря на то, что перед этим, будучи выспавшимся, он решал аналогичные задачки, что называется, на пятерку с плюсом! И как только ему опять давали отоспаться, он вновь блестяще проходил все предложенные ему тесты.

Подводя итоги эксперимента, биологи предположили, что, возможно, подобные недолгие погружения участков коры головного мозга в сон при общем бодрствовании — явление обычное и часто встречающееся среди млекопитающих. Смысл его заключается в следующем: сон отдельных групп нейронов может быть выгоден организму, поскольку пока часть клеток мозга работает, другие восстанавливают силы для того, чтобы тогда, когда в них возникнет надобность, быть полностью готовыми к работе.

Дело в том, что условия окружающей среды (да и характеристики внутренней) в норме нигде не изменяются ежеминутно, поэтому для того, чтобы быть в курсе происходящего, много бодрствующих нейронов не нужно. Вот поэтому нервные клетки и решают, каким из них следует спать, а каким караулить. Правда, до сих пор не понятно, каким образом они договариваются об этом.

Впрочем, некоторые предположения на этот счет все-таки существуют. Группа физиологов под руководством Маркоса Фрэнка из Школы медицины Университета Пенсильвании (США) два года назад, исследуя процессы, происходящие в нейронах мозга при засыпании, открыла сам молекулярный механизм данного процесса. Внимание ученых привлек один из белков-рецепторов нервных клеток с трудно произносимым названием N-метил-D-аспартат (NMDAR). Прежде про этот белок было известно лишь то, что он играет какую-то роль в установлении контактов между разными нейронами. Однако теперь его деятельность оказалась исследованной полностью.

Согласно данным экспериментов Фрэнка и его коллег, вне зависимости от того, бодрствует мозг или спит, NMDAR "настроена" так, чтобы открывать свой ионный канал (белковая структура, пропускающая в клетку или из нее ионы) при любом возбуждении нейрона. При засыпании глютамат (нейромедиатор, участвующий в регуляции сна) также связывается с этим рецептором, позволяя тем самым иону кальция проникнуть в клетку. Кальций же, без которого в нервной системе вообще мало чего происходит, включает и выключает в клетке синтез ряда ферментов, в результате чего укрепляются нейронные связи. "Мы обнаружили, что эти ферменты никогда не включаются до тех пор, пока подопытное животное не получит возможность спать", — объясняет Фрэнк открытую им закономерность.

Читайте также: Неожиданные свойства человеческого мозга

Итак, согласно этим данным, сон необходим нейронам для того, чтобы впустить внутрь кальций и запустить синтез веществ, необходимых для установления коммуникаций между клетками мозга. Следовательно, в первую очередь будут засыпать клетки тех участков, где кальция осталось мало и создание "коммуникативных" веществ затруднено. А ведь без связи друг с другом нейроны головного мозга работать не могут, поэтому поддержание подобного способа общения — одна из важнейших задач данных клеток. И если вдруг это становится невозможным, они автоматически засыпают, чтобы за время отдыха снова наполниться кальцием.

Впрочем, некоторые животные способны "отключать" во время бодрствования не только отдельные участки коры, но даже и целые полушария. Подобное происходит у "приматов морей" — дельфинов. Было замечено, что эти морские млекопитающие отключают поочередно то правое, то левое полушарие своего переднего мозга. И в то время, как одно из них отдыхает, погрузившись в глубокий сон, второе бодрствует и следит за состоянием организма, а также за тем, что происходит вокруг него.

Читайте также: Дельфины изобрели межвидовой язык

Этот механизм, по мнению зоологов, возник из-за того, что в океане имеется не так-то много мест, где можно полноценно выспаться (и не быть при этом съеденным). Поэтому дельфины и приспособились, что называется, спать на плаву. В морской среде, которая достаточно гомогенна и инертна (то есть значимых для организма событий там за единицу времени происходит меньше, чем на суше), подобное поведение вполне возможно. Но вот у сухопутных животных вряд ли получится без вреда для своего здоровья отключить целое полушарие — все-таки жизнь на суше более опасна и менее предсказуема…