Во сне мозг фильтрует звуки по-своему: что нашли нейробиологи?

Недавние исследования, опубликованные в The Journal of Neuroscience, показали, что базовая обработка звуков в мозге сохраняется на уровне ствола головного мозга во время небыстрого сна с медленными движениями глаз, но ослабевает в слуховой коре по мере углубления сна. Это помогает понять, как мозг во время сна защищает покой, но при этом способен реагировать на важные звуки.

Сон состоит из разных стадий, каждая из которых характеризуется определенной активностью мозга. Стадии N1, N2 и N3 относятся к небыстрому сну: от легкого до глубокого. В ходе самой глубокой стадии N3 (медленный сон) мозг работает в режиме больших, медленных волн и становится намного менее восприимчивым к внешним раздражителям.

В отличие от фаз с быстрыми движениями глаз (REM-фаза), в которой активность мозга возрастает и происходят сновидения, фокус исследования был именно на небыстром сне. Давно известно, что реакция мозга на звук ослабевает по мере углубления сна, однако как это происходит на разных уровнях слуховой системы, оставалось неизвестным.

Чтобы разобраться в этом, учёные Хьюго Р. Журд и Эмили Б. Кофи регистрировали мозговую активность здоровых взрослых людей во время сна и изучали, как обрабатываются первые сигналы звука на разных стадиях сна. Их интересовал вопрос, происходит ли ослабление реакции на звук во всём мозге равномерно, или же разные отделы слуховой системы реагируют по-разному.

В центре исследования оказался так называемый частотный отклик (frequency-following response, FFR) — это электрический отклик нейронов на высоту звука, который возникает в нескольких структурах мозга: от ствола до коры. FFR позволяет более прямо оценить, как мозг человека воспринимает высоту и тональность, что важно как для понимания речи, так и для музыки.

По словам профессора психологии Эмили Кофи из Университета Конкордии, FFR интересен тем, что разные люди по-разному представляют в мозге даже простейшие характеристики звука, и это зависит от возраста и опыта. То есть мы слышим мир по-разному.

Для локализации источников FFR использовалась магнитоэнцефалография (MEG) — метод фиксации магнитных сигналов, возникающих при работе нейронов, и электроэнцефалография (ЭЭГ), регистрирующая электрическую активность. Сравнивая отклики в разные стадии сна, учёные отслеживали работу разных областей мозга.

В исследовании приняли участие 14 взрослых с нормальным слухом и здоровым сном. Во время двух с половиной часов дневного сна в сканере MEG испытуемые слушали искусственно сгенерированный слог «да», повторяющийся пять раз в секунду. Это базовый звук в опытах, надёжно вызывающий требуемые мозговые ответы.

ЭЭГ определяла, не спит ли участник и на какой стадии сна он находится, а также регистрировала сонные веретена и медленные волнения, которые известны возможной ролью в фильтрации поступающей информации. Однако вклад этих феноменов в обработку звука полностью не ясен.

Главный результат: FFR на уровне ствола мозга и таламуса оставался стабильным даже в самой глубокой фазе сна. То есть эти структуры продолжают обрабатывать высоту звука. А вот слуховая кора снижала FFR по мере углубления сна особенно в N3 — и сигнал становился чуть медленнее. Это подтвердилось данными как ЭЭГ, так и MEG.

Дополнительно было измерено снижение функциональной связности между таламусом и корой — так называемая воображаемая когерентность — особенно в стадии N3, что, видимо, вызывает ослабление реакции коры на звук.

«Ваш ствол мозга работает, а кора как бы выключает громкость», — объяснила Кофи. Мозг балансирует между необходимостью проснуться при критичных звуках и желанием остаться в состоянии сна.

Была обнаружена вариабельность между людьми: кто-то более «глух» ночью. То есть степень ослабления звуковой чувствительности во сне индивидуальна — и поэтому одним мешает малейший шорох, а другие спят крепко.

Неожиданным оказалось отсутствие влияния сонных веретён: даже когда нейронные спайки накрывают кору, звуковые сигналы продолжают поступать. Это разошлось с предыдущими предположениями.

Авторы указывают и ограничения: использовался только дневной сон, так что фазу REM не удалось хорошо рассмотреть. Кроме того, анализировались только базовые характеристики сигналов, а не более сложные процессы распознавания.

Тем не менее, исследование показывает разделение ролей: ствол мозга остаётся активным даже глубоко ночью, а кора отключается. Это косвенно подтверждает, что мозг во сне регулирует потоки информации избирательно.

Разработчики хотят дальше изучать, как звуки влияют на работу мозга во сне — в частности, на процессы памяти, и можно ли улучшить их с помощью специальных акустических методов.

Статья “Sleep state influences early sound encoding at cortical but not subcortical levels” опубликована 7 июля 2025 года.