Во сне мы проводим значительную часть своего времени: по разным оценкам, мужчины за всю жизнь спять около 24 лет, женщины — порядка 27 лет. Во время этого физиологического состояния человек почти целиком отключается от окружающего мира, не реагирует на него — но, как отмечают специалисты, можно предположить, что преимущества сна перевешивают ту уязвимость, в которой мы пребываем, погружаясь в него.
Для представителей всего животного мира лишение сна приводит к ухудшению памяти, снижает иммунитет, замедляет заживление ран, а хороший ночной отдых способен обратить вспять эти нарушения. По словам нейробиологов из Северо-Западного университета (США) и Квинслендского университета (Австралия), одна из величайших загадок сна — в том, как он выполняет восстановительные функции и в какой степени эти механизмы сохраняются у животных.
«Мы предполагаем, что это изначальные функции сна, приведшие к его эволюции. Одно из его предназначений — «выведение мусора» из мозга через вызванные сном изменения гидрогазодинамики. В одной модели спинномозговая жидкость попадает в паренхиму головного мозга через периартериальные пути, вызывая конвекцию интерстициальной жидкости. Она удаляет токсичные продукты жизнедеятельности из интерстициального пространства мозга и стекает по перивенозным путям. Кроме того, церебральный кровоток и объем крови понижаются во время фазы «медленного» сна, вызывая временное изменение направления потока спинномозговой жидкости в третьем и четвертом желудочках. Эти гемодинамические колебания потенциально способствуют удалению отходов, позволяя спинномозговой и интерстициальной жидкостям смешиваться», — объясняют авторы работы, опубликованной в журнале Science Advances.
Учитывая анатомию мозга млекопитающих, оставалось неясным, характерна ли функция «очистки мозга» и для других животных, например беспозвоночных. По таким поведенческим критериям, как покой, особая поза, снижение сенсорной реакции, выяснилось, что спят и моллюски, и каракатицы, и осьминоги, и раки, и некоторые виды насекомых, и даже медузы. Теперь ученые решили подтвердить свою гипотезу о выведении «мусора» из мозга во время сна на плодовых мухах Drosophila melanogaster (дрозофила фруктовая).
Их кормили пищей с люциферином — класс светоизлучающих веществ, которые проходят из кишечника в гемолимфу и через гематоэнцефалический барьер, а индуцированную таким образом люминесценцию можно наблюдать в нервной системе насекомых в течение 10-20 секунд после еды. Стоит отметить, что сон у дрозофил регулируется такими же нейротрансмиттерами, как у млекопитающих, и мухи реагируют аналогичным образом на препараты, способствующие сну или бодрствованию — габоксадол, пиридин-3-ол и кофеин.
Ранее ученые доказали, что сон у дрозофил важен для обучения и памяти, сохранения энергии, работоспособности, поддержки иммунных функций. К тому же появляется все больше свидетельств того, что у беспозвоночных он тоже делится на разные стадии, их функции были малоизученными.
«Мы получили доказательства того, что дрозофилы впадают в фазу глубокого сна, функция которого — «выведение мусора» из мозга. Также нам удалось обнаружить, что во время сна мухи иногда переходят в фазу, характеризующуюся стереотипными движениями, когда дрозофилы многократно вытягивают и втягивают обратно свой хоботок в отсутствие вкусовых стимулов. Это стадия глубокого сна, на что указывают повышенные пороги возбуждения и характерные изменения нервной активности. Предотвращение сокращений хоботка повышает риск смерти после травмы и замедляет выведение различных соединений. Мы предполагаем, что выведение шлаков — древняя восстановительная функция глубокого сна: и мухи, и люди выработали механические решения для увеличения гемодинамических колебаний во время сна», — рассказали исследователи, подчеркнув, что такая функция фазы глубокого сна, как «избавление от мусора», могла появиться еще у общего предка мух и людей.
Как движения хоботка способствуют очистке мозга? По словам авторов работы, поскольку этот орган довольно большой (около 20% от объема головы), его расширение и втягивание помогает перемещать значительное количество гемолимфы по телу. В результате повышаются гемодинамические колебания, ускоряется поток гемолимфы по органам и тканям. Движения хоботком, вероятно, также способствуют доставке питательных веществ и выведению шлаков, а также углекислого газа, заставляют гемолимфу двигаться вперед и назад, создают внутренние перепады давления в системе трахеи, добавля активный компонент к дыханию дрозофилы, который необходим в тот момент, когда пассивного дыхания недостаточно.
