Пока мы мирно спим, в мозгу начинает работать система самоочистки.
Каждую ночь человечество совершает, на первый взгляд, серьезную и опасную ошибку с точки зрения выживания. Вместо того, чтобы тратить это время на добычу пищи или размножение, мы просто спим – и тратим на это примерно треть нашего времени. Зачем?
На этот счет существуют различные гипотезы, одни из них подкрепляются экспериментами, другие – не очень. К примеру, есть свидетельства о том, что во время сна происходит консолидация памяти – переосмысление накопленного опыта и перемещение важных событий из кратковременной памяти в долговременную. Кроме того, во сне происходит «тонкая настройка» метаболизма и иммунной системы. А теперь появилась и новая версия: во время сна происходит самоочищение мозга. В недавней работе команды американской исследовательницы Мэйкен Недергард (Maiken Nedergaard) эта идея получила подтверждение на самом базовом молекулярном уровне.
Еще прошлым летом Недергард с коллегами исследовали работу разветвленной сети микроскопических, заполненных жидкостью канальцев в глубине мозга. Предназначены они, скорее всего, для выведения из него токсичных продуктов жизнедеятельности, играя здесь ту же роль, что лимфатическая система в остальном организме. Только вместо лимфы эти канальцы несут переполненную всевозможным «мусором» спинномозговую жидкость, работая как специализированная «канализационная система» для мозга.
В этой работе ученые показали, что глиальные клетки, которые образуют стенки этого трубопровода, контролируют течение спинномозговой жидкости за счет активного прокачивания ее через каналы своих клеточных мембран. Если работу мембранных каналов заблокировать – вся глимфатическая система практически останавливается, и возникает засор не хуже, чем в домовой канализации.
Однако активное перекачивание жидкости через мембранные каналы требует большого количества энергии. Настолько большого, что Мэйкен Недергарден даже задумалась: а хватит ли мозгу ресурсов на то, чтобы одновременно проводить обработку информации и поддерживать работу своей системы очистки. Поэтому она и решила проверить, не усиливается ли работа глимфатической системы в периоды сна, когда практически вся остальная мозговая деятельность ослабевает.
Два года ушло у авторов на то, чтобы натренировать лабораторных мышей чувствовать себя в безопасности, нормально расслабляться и полноценно спать в двухфотонном лазерном микроскопе, с помощью можно было бы проследить движение красителя по каналам глимфатической системы. Отследив момент засыпания с помощью энцефалографа, ученые вводили им зеленый краситель, а спустя полчаса будили животных, вводя второй – красный. Микроскоп позволил им наблюдать за движением красителей разных цветов через мозг и подтвердить, что именно в состоянии сна здесь происходит самое активное течение цереброспинальной жидкости.
Дополнительные исследования подтвердили эту идею: во сне глиальные каналы расширялись на 60%, а введенные во сне «мусорные белки» (бета-амилоиды) вымывались практически сразу.
С учетом этих данных неудивительно, что нарушения сна связаны с целым рядом неврологических расстройств и заболеваний, от болезни Альцгеймера до инсультов. Ведь если сна недостаточно, «канализационная» глимфатическая система не может полноценно очищать мозг от скопившихся токсических веществ, и последствия могут быть самые неприятные.