Кофеин увеличивает сложность работы мозга во сне – исследование

Новое исследование, опубликованное в журнале Communications Biology, показало: кофеин меняет электрическую активность мозга во сне, делая её более сложной, динамичной и склонной к возбуждению. Особенно такие перемены заметны в фазу non-REM (неглубокий и глубокий сон) и у молодых людей. Это значит, что на то, как мозг реагирует на кофеин ночью, влияют и возраст, и стадия сна.

Кофеин – самый популярный психостимулятор в мире. Его мы получаем не только из кофе, но и из чая, шоколада, кока-колы и даже некоторых лекарств. О бодрящем эффекте знают все, вот только учёные до сих пор спорят: а что там на самом деле происходит с мозгом во время сна после кружки «американо»?

Авторы эксперимента наблюдали за мозгом сорока здоровых добровольцев 20-58 лет. Каждого помещали в лабораторию на две ночи: одну после приёма 200 мг кофеина (две чашки кофе), вторую — после плацебо. Кто что пил — не знали ни испытуемые, ни исследователи (такой дизайн называется двойным слепым перекрёстным). Все участники не страдали серьёзными болезнями и накануне эксперимента воздерживались от кофеина после полудня.

Сон фиксировали с помощью ЭЭГ (электроэнцефалография — электроды на голове регистрируют сигналы мозга). Сон делили на REM (фаза сновидений) и non-REM (когда мозг «отдыхает»). Из ЭЭГ извлекали показатели: энтропию (уровень хаотичности), сложность по Лемпелю-Зиву (как легко сигнал сжать) и долгосрочные временные корреляции (насколько сигнал повторяет сам себя). Также изучали так называемый спектр мощности — распределение волн разной частоты. Важно: фоновый «шум» в спектре (так называемый 1/f-спад) считается отражением баланса возбуждения и торможения нейронов. Чем наклон меньше – тем мозг возбудимее и «ближе» к состоянию бодрствования.

Кофеин во сне заметно увеличивал сложность и энтропию сигналов, а временные корреляции ослаблялись. А ещё утихал наклон 1/f — признак того самого «бодрого», критического состояния даже в глубоких фазах сна. Причём именно non-REM сон оказался уязвимее для воздействия кофеина: его влияние там шире и сильнее, чем на стадии сновидений. В REM-стадии изменения скромнее и ограничены зонами, отвечающими за зрение. Один из маркеров (энергоэнтропия) показала сверхвысокую точность при определении, где был кофеин (75% — гораздо выше привычных ЭЭГ-маркеров).

Кофеин не мешает полностью заснуть, но делает сон «поверхностнее», усиливая обработку информации в моменты, когда мозг должен отдыхать и восстанавливаться. Молодые люди (20–27 лет) чувствительнее реагировали на кофеин, особенно в фазе REM, чем средневозрастные (41–58 лет). Возможно, потому что у пожилых меньше аденозиновых рецепторов — именно их блокирует кофеин, чтобы не хотелось спать.

Для большей достоверности учёные использовали и машинное обучение — искусственный интеллект лучше уловил отличие между ночами с кофеином и без. А затем, чтобы исключить разницу по длительности сна, уравняли количество ЭЭГ-сигналов в обеих группах. Эффект кофеина остался.

Исследование признаёт ряд ограничений: только здоровые участники (то есть нельзя экстраполировать результаты на людей с психиатрическими/неврологическими расстройствами), только кратковременное ночное влияние, без учёта длительного воздействия кофеина или синдрома отмены. Также не измерялась активность нейротрансмиттеров напрямую — только ЭЭГ-показатели.

В перспективе выяснять — может ли кофеин мешать восстанавливать память или управлять эмоциями через влияние на сон, а также отличается ли его действие при разных расстройствах — вроде бессонницы, депрессии или болезни Альцгеймера.

Авторы: Philipp Thölke, Maxine Arcand-Lavigne, Tarek Lajnef, Sonia Frenette, Julie Carrier, Karim Jerbi.