Учёные считают, что сон — это цикл промывки мозга, когда жидкость, проходящая через этот орган, вымывает химические отходы, накопившиеся за время бодрствования. Но что стимулирует эту циркуляцию, до сих пор неясно. Исследование на мышах, опубликованное в журнале Cell, предполагает, что регулярные сокращения кровеносных сосудов в мозге, стимулируемые периодическим выбросом химического родственника адреналина, продвигают жидкость вперёд.
Учёные также обнаружили, что препарат для сна золпидем, более известный как «Амбиен», препятствует колебаниям кровеносных сосудов и потоку жидкости, который они обеспечивают, а значит, может препятствовать очищению организма. Это открытие может помочь исследователям создать новые средства для сна, которые сохранят эту функцию очистки мозга.
В мозге нет лимфатических сосудов, как в других частях тела. Но в 2012 году нейробиолог Майкен Недергаард из Медицинского центра Университета Рочестера и её коллеги обнаружили альтернативную дренажную систему, в которой спинномозговая жидкость — жидкость, омывающая мозг, — просачивается через крошечные проходы вдоль кровеносных сосудов, унося с собой остатки метаболизма и другие нежелательные молекулы. Поток жидкости через эту так называемую глимфатическую систему усиливается во время сна, сообщили они.
Исследования, проведённые группой Недергаард и другими учёными, свидетельствуют о том, что активное очищение глимфатической системы полезно: При болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваниях кровообращение нарушается. Некоторые исследователи, однако, оспаривают часть этой картины; например, в исследовании 2024 года было высказано предположение, что во время бодрствования отходы выводятся быстрее, чем во время сна.
В новом исследовании Недергаард и её команда хотели выяснить, за счёт чего спинномозговая жидкость движется по мозгу. Но, по её словам, изучение глимфатической системы мышей часто требует анестезии грызунов, что очень отличается от естественного сна. Чтобы избежать этой проблемы, учёные хирургическим путём вживили мышам электроды и оптоволоконные нити. Хотя грызуны привязаны к проводам, они могут нормально засыпать, в то время как исследователи отслеживают объём крови, электрическую активность и уровень химических веществ, а также используют свет, передаваемый по оптоволоконным линиям, для активации определённых групп нейронов.
Предыдущие работы показали, что уровень нейротрансмиттера норадреналина, который по химическому составу почти идентичен адреналину и стимулирует сокращение кровеносных сосудов, ритмично колеблется в мозге мыши, достигая пика примерно каждые 50 секунд. Недергаард и её коллеги обнаружили, что, когда мыши находились в стадии сна, известной как медленный сон, во время которой ткани организма подвергаются обновлению, объём крови в мозге также колебался, отслеживая — с более чем полусекундной задержкой — изменения уровня норадреналина. Связь между этими двумя показателями была не такой тесной, когда животные бодрствовали или находились в другой основной фазе сна, быстрый сон, когда происходит закрепление воспоминаний.
Введя животным флуоресцентную молекулу, которая позволяет отслеживать поток спинномозговой жидкости, исследователи обнаружили, что её уровень тоже меняется в зависимости от уровня норадреналина во время медленного сна. Чтобы определить, способствуют ли пульсации кровеносных сосудов глимфатическому потоку, исследователи стимулировали область мозга мыши, которая вырабатывает нейромедиатор, искусственно ускоряя импульсы с каждых 50 секунд до каждых 10. Затем они проследили, как спинномозговая жидкость с метками проникает глубже в области, расположенные рядом с местом выработки норадреналина.
Поскольку мозг покрыт черепом, сокращение и расслабление кровеносных сосудов создаёт насос, который циркулирует спинномозговую жидкость, объясняет Недергаард. Когда сосуды сжимаются после импульса норадреналина, спинномозговая жидкость движется внутрь, заполняя пространство. А когда сосуды расслабляются, они проталкивают спинномозговую жидкость дальше.
Норадреналин может быть не единственным действующим лицом, но «мы определили, возможно, самый важный фактор глимфатического потока во время медленного сна», — говорит Недергаард. Недавние исследования показывают, что у людей, как и у мышей, наблюдаются колебания выброса норадреналина и пульсации кровеносных сосудов во время сна, так что в нашем мозге может работать тот же самый механизм откачки, отмечает она.
