Исследование, проведенное на крысах, показывает, что всплески активности коры головного мозга и краткие периоды бодрствования необходимы для спонтанной смены фаз сна и поддержания здорового режима. Статья об этом опубликована в издании PLOS Computational Biology.

Сон традиционно считают гомеостатическим процессом, который стремится к равновесию и стабильности. Поэтому короткие эпизоды бодрствования часто рассматриваются учеными как отклонения от нормы, которые приводят к фрагментации и нарушению сна. Однако эта гомеостатическая парадигма не учитывает десятки резких смен стадий сна и отдельных нормальных состояний мозга в течение ночи.

Группа ученых под руководством профессора Бостонского университета Пламена Иванова выдвинула новую гипотезу. Согласно ей, сон действительно гомеостатичен на длительных временных промежутках, но в основе микроархитектуры сна в более коротких временных отрезках лежат неравновесные процессы и режимы критических состояний.

Чтобы проверить свое предположение, исследователи на протяжении нескольких дней собирали данные ЭЭГ у нормальных крыс и у крыс с повреждениями парафациальной зоны головного мозга, которая отвечает за контроль сна. Ученые проанализировали паттерны всплесков активности мозга — дельта-волны и тета-волны. Эти сигналы наблюдаются как у людей, так и у крыс: первый тип волн соответствует глубокому естественному сну, а второй — дремоте.

Результаты исследования показывают, что периодические короткие пробуждения — проявления внутреннего неравновесного механизма регуляции сна, связанного с самоорганизацией нейронных ансамблей. Этот механизм действует на протяжении десятков секунд или нескольких минут, активируясь посредством различных типов волн.

Поддержание неравновесных критических состояний во время сна также может быть необходимо для обеспечения гибкости системы регуляции сна и спонтанной активации множественных переходов между различными фазами сна или между сном и кратким бодрствованием. Подобные состояния необходимы для построения сложной микроархитектуры сна, которая все чаще признается учеными и врачами характерной для здорового ночного отдыха.

«Как бы это парадоксально ни звучало, мы обнаружили, что состояния покоя в здоровом сне поддерживаются при помощи всплесков активности корковых ритмов, которые подчиняются той же статистике и математическим законам, что и землетрясения, например», — подытоживает Пламен Иванов. Результаты этой работы помогут ученым лучше понять сон и улучшить профилактику и лечение его нарушений.

Ранее ученые установили, что бессонные ночи вредят здоровью кишечника, а короткий дневной сон уменьшает риск инфаркта и инсульта.