Следите за новостями по этой теме!
Подписаться на «Психология / Научные исследования»Нейробиологи обнаружили, что ритмы мозга замедляются во время сна двумя различными способами. Новое исследование, опубликованное в журнале "The Journal of Neuroscience", раскрыло, как внутренние механизмы временной организации человеческого мозга меняются во время сна. Исследователи проанализировали электрические записи от 106 пациентов и выяснили, что два разных типа временных шкал мозга - на основе широких и гамма-частотных сигналов мозга - оба становятся длиннее во время сна. Однако эти временные шкалы следовали противоположным организационным схемам по коре головного мозга. В то время как широкие временные шкалы увеличивались вдоль известной иерархии от сенсорных до ассоциативных областей, гамма-временные шкалы уменьшались. Исследование предполагает, что естественные ритмы мозга замедляются во время сна, но по-разному в зависимости от типа сигнала и области мозга.
Исследователей интересовал фундаментальный вопрос: как меняется временная характеристика активности мозга - так называемые "временные шкалы" - во время сна? В нейробиологии временные шкалы относятся к тому, как долго нейронные сигналы остаются автокоррелированными или как долго сигнал "помнит" свое прошлое. Эти временные шкалы различаются по всему мозгу и, как считается, связаны с тем, как обрабатывается и интегрируется информация.
Например, сенсорные области, как правило, показывают более короткие временные шкалы, что подходит для быстрой реакции на внешние стимулы, в то время как ассоциативные области, участвующие в более сложной обработке информации, обычно демонстрируют более длинные. Предыдущие исследования показывали, что временные шкалы удлиняются во время сна, но природа этих изменений и то, как они организованы по мозгу, оставалась неясной.
Чтобы исследовать это, группа ученых проанализировала записи интракраниальной электроэнцефалографии (iEEG) от 106 человека с эпилепсией, у которых были установлены электроды в клинических целях. Данные поступили из общедоступной базы данных и включали активность мозга, записанную во время бодрствования, глубокого сна без REM (также называемого NREM3) и REM-сна. Участники исследовании варьировались по возрасту от 13 до 62 лет, среди них 48 женщин. Исследователи сосредоточились на одноминутных записях в каждом состоянии и изучали активность более чем 1000 электродов, распределенных по коре.
Команда выделила два различных типа временных шкал из данных. Один был получен из широкополосного сигнала iEEG, который захватывает широкий диапазон активности мозга от медленных до быстрых частот (0.5–80 Гц). Другой был получен из мощности гамма-диапазона (40–80 Гц), более быстрого ритма, связанного с сенсорной обработкой и когнитивными функциями. Они измерили временные шкалы, используя функцию автокорреляции, которая показывает, как долго сигнал остается похожим на себя со временем, и согласовали их с моделью экспоненциального распада. Они также оценили пространственные корреляции между областями мозга, измеряя, насколько синхронизированы сигналы на разных парах электродов.
Исследователи обнаружили, что как широкополосные, так и гамма-временные шкалы стали длиннее во время сна по сравнению с бодрствованием. В глубокем NREM-сне широкополосные временные шкалы в среднем увеличились примерно на 105 миллисекунд по всем областям мозга, в то время как гамма-временные шкалы увеличились примерно на 31 миллисекунду. Во время REM-сна оба также показали небольшие увеличения, но эффекты были гораздо меньшими. Важно, что эти изменения следовали разным схемам в зависимости от типа сигнала.
Широкополосные временные шкалы следовали известной иерархии в мозге. В бодрствовании и глубоком сне они увеличивались от сенсорных областей, таких как зрительная кора, к более высоким уровням, таким как медиальная височная доля и орбитофронтальная кора. Эта схема согласуется с предыдущими данными и поддерживает идею о том, что ассоциативные области естественным образом функционируют на более медленных временных шкалах, интегрируя информацию на более длительные периоды.
Гамма-временные шкалы, однако, следовали противоположной тенденции. Во время сна они стали длиннее в сенсорных регионах, таких как зрительная и слуховая коры, и короче в ассоциативных областях. Это изменение привычной иерархии предполагает, что временные шкалы, основанные на гамма, могут выполнять разные функции во время сна, возможно, связанные с повторной обработкой сенсорной информации или консолидацией памяти.
Чтобы понять, что может вызывать увеличение временных шкал во время сна, исследователи сосредоточились на медленных волнах - больших, медленных колебаниях, которые являются характерными для глубокого сна. Используя отдельную 10-минутную запись сна NREM3, они выявили более 85 тысяч индивидуальных событий медленных волн. Они обнаружили, что оба типа временных шкал увеличиваются во время этих событий, особенно широкополосные.
Широкополосные временные шкалы выросли на 171% вокруг минимума медленных волн, в то время как гамма-временные шкалы увеличились всего на 51%. Более того, области мозга с высокой плотностью медленных волн показали более длинные широкополосные временные шкалы, предполагая прямую связь между активностью медленных волн и временной динамикой.
Исследование также изучало, как регионы мозга взаимодействуют в пространстве в различных состояниях. Измеряя пространственные корреляции - насколько два региона мозга колеблются вместе - они обнаружили, что дальняя синхронизация была наибольшей во время глубокого сна, особенно для широкополосных сигналов. Интересно, что в то время как пространственные корреляции широкополосных сигналов были наивысшими на больших расстояниях во время бодрствования, гамма-пространственные корреляции достигали пика во время сна NREM, но только на коротких расстояниях. Эти данные указывают на то, что способность мозга интегрировать информацию в пространстве и времени варьируется в зависимости от состояния сна и типа нейронной активности.
Одним из основных вывода данной работы является то, что внутренние механизмы времени мозга гораздо более сложны, чем считалось ранее. Вместо одной временной шкалы, которая удлиняется во время сна, исследование выявляет наличие множественных временных шкал, которые зависят от диапазона частот и кортикальной локализации. Эта многослойная организация предполагает, что разные ритмы могут выполнять разные функции, даже в одной области мозга.
Исследователи также подчеркивают, что, хотя сон часто считаетсяDisconnected state, их находки усложняют этот взгляд. Глубокий сон показал увеличенные пространственные корреляции и более длинные временные шкалы в нескольких областях, указывая на улучшенную локальную координацию, а не глобальное отключение. Однако в REM-сне наблюдались сниженные пространственные корреляции, возможно, отражая более фрагментированный или внутренне сфокусированный режим активности.
Как и в любом исследовании, это исследование имеет свои ограничения. Выборка состояла из лиц с эпилепсией, что могло повлиять на динамику мозга, хотя исследователи использовали записи в состоянии покоя вне активности припадка. В дополнение, хотя интракраниальные записи предлагают высокую пространственную и временную точность, размещение электродов ограничено клиническими нуждами, что означает, что некоторые области мозга недостаточно представлены. Будущие исследования могли бы изучить, как временные шкалы меняются в течение более длительных периодов или во время конкретных когнитивных задач, а также можно ли увидеть подобные паттерны в не клинических популяциях.
Статья "Сон модулирует нейронные временные шкалы и пространственно-временную интеграцию в человеческой коре" была написана Риккардо Кузинато, Андреа Зейлер, Каспаром Шиндлером и Афиной Цоватара.
Нейробиологи вновь решили поразить мир своими откровениями о том, как наш мозг "отдыхает" во время сна. Кажется, наверное, только архитекторы нейросетей могут посмотреть на это с улыбкой, ведь результаты исследования напоминают затейливую игру в шашки, где всё зависит от того, какой цвет ты выберешь. Кому это нужно? Определённо, не кошкам — они спят в любое время и без всяких дополнительных объяснений.
Согласно последним данным, записанным во время сна 106 пациентов с эпилепсией, наш мозг изменяет временные шкалы сигналов, будто кто-то случайно переключил переключатель. Исследователи обнаружили, что в то время как широкополосные временные шкалы (для тех, кто не в теме — это не музыкальные форматы) увеличиваются, гамма-временные шкалы так и хотят насочинять свою маленькую контрреволюцию, уменьшаясь в ассоциативных областях. Судя по всему, они решили отдохнуть от всякой сенсорной обработки.
Но кто основные бенефициары этого исследования? Очевидно, что лоббисты нового тренда — «Сон как наука» будут активно тиражировать свои недостаточно термины и исключительные выводы. Общество, которое ещё не успело переварить термины «глубокий NREM-сон», вероятно, вскоре пойдёт на семинары о "как плохо спать". И все мы уже знаем, что курс на графоманию — только в зоопарках, где животные явно не обременены таким грузом ума.
Как выяснили исследователи, временные шкалы во время глубокого сна увеличиваются, словно пьяный метеоролог перед бурей — тут и там, от сенсорных до ассоциативных областей, где все мечтают о чем-то большем. Но не стоит заблуждаться — это не просто „всё стало длиннее и сложнее”. В конечном итоге, исследование сведено к печальным неоднозначностям и итогам, на которые само человечество было бы совершенно не против закрыть глаза.
Кто может удержаться от соблазна назвать это открытием? Наверняка, медицинские компании и производители снотворного, с ненавязчивым намёком на «альянсы с учеными», уже чешут руки в предвкушении обогащения будущими лечебными процедурами и благоприятными рекомендациями по улучшению сна. Вероятно, помощь в вашем улучшении сна — всё еще одна из дорогих мечт, подобно спутниковым антеннам в некотором ангаре.
Но стоит лишь заглянуть за горизонты этой утопии — многие остались с вопросами. Например, как же эти исследователи выбрали 106 пациентов с эпилепсией и чем это обосновали? Очевидно, спорт на больничных койках имеет своих победителей и проигравших. Но давайте будем честными, разве кто-то прочитает саму статью «Сон модулирует нейронные временные шкалы»? Разве что для анализа доброй стоимости институции, где это было проведено — и мысли о печатной версии, больше похожей на ночную читалку.
Вообще, ждём новых произведений мыслителей, которые уже тащат нас в свои «умные» сети, только чтобы они в итоге смогли присоединить нас к говорящей игрушке под названием "сон". На этом этапе остаётся лишь добавлять хэштеги к выводу исследования, чтобы оно стало «модным». Можно даже открыть новую категорию моды — сна с учеными. Не стоит забывать, что человеческие возможности в прямом смысле слишком поздно ставят на высоту — когда речь заходит о нашем мозге, который обрабатывает гораздо дольше, чем нам нравится это считать.