Лаура Льюис со своей командой исследователей проводит вечера в лаборатории Бостонского университета. Однажды Льюис ставила эксперименты до трех часов ночи и уснула. По словам Лауры, она будто перенесла джетлаг, однако без смены часовых поясов. Это не значит, что Льюис не ценит качественный, здоровый ночной сон. Конечно, ценит, но, когда ты пытаешься составить схему процессов, происходящих в дремучем человеческом мозге, приходится чем-то жертвовать. «Это великая ирония исследования сна», –– говорит она.

Результаты, опубликованные недавно в журнале «Science», показывают, как наши тела очищают мозг от токсинов, пока мы спим, и открывают новые возможности для лечения и профилактики нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.

Во время сна мозговая активность проходит несколько фаз: от легкой до глубокой (при последней возникает ощущение, что ты потерял сознание), а после –– к быстрой, в течение которой увеличиваются шансы увидеть сон. Лаура Льюис в своем исследовании рассматривает фазу медленного, глубокого сна, связанного с сохранением памяти. Один значимый эксперимент на мышах, проведенный в 2013 году, продемонстрировал, что, пока грызуны спали, токсины, такие как бета-амилоид, способствующие развитию болезни Альцгеймера, прекращали действие.

Льюис стало любопытно, каким образом токсины были выведены и почему такой процесс происходил лишь во время сна. Она полагала, что это связано со спинномозговой жидкостью –– чистой жидкостью, похожей на воду и протекающей через весь мозг. Однако Льюис не совсем понимала, почему именно сон оказывал подобное влияние. Ее лаборатория разработала исследование, с помощью которого возможно проверить сразу несколько теорий.

Участники эксперимента ложились в аппарат МРТ и там засыпали. Дабы получить реалистичные циклы сна, ученые проводили тест в полночь и даже обращались к испытуемым с просьбой не спать за ночь до этого, чтобы те могли легко погрузиться в мир сновидений, как только начнется исследование.

Льюис надевала на людей шлемы для электроэнцефалограммы (ЭЭГ), чтобы наблюдать за проходящими через их мозг электрическими токами, отражающими фазы сна. Тем временем аппарат МРТ измерял насыщенность крови кислородом и уровень циркулирующей спинномозговой жидкости. «Нам казалось, что каждый из показателей важен, но то, как они менялись и соотносились во время сна, оставалось чем-то неизведанным», –– говорит Лаура.

Было обнаружено, что в течение глубокой фазы сна волны от спинномозговой жидкости омывали мозг. С помощью ЭЭГ удалось выяснить, почему так происходило. Во время данной стадии сна нейроны начинают синхронизироваться и действовать одновременно. «В первую очередь вы сможете увидеть электрическую волну, где все нейроны будут находиться в состоянии покоя», –– утверждает Льюис. Поскольку нейроны мгновенно перестали передавать импульсы, им не требовалось столько кислорода, из чего следовало уменьшение объемов крови, поступающей в мозг. Однако команда Лауры заметила, что оставшееся пространство заполнялось спинномозговой жидкостью.

«Это фантастическая работа», –– говорит Майкен Недергаард, нейробиолог из университета Рочестера. Он в 2013 году впервые описал, как сон выводит токсины из организма мышей. «Я не думал, что кто-либо в своих самых бурных фантазиях действительно способен отразить, насколько электрическая активность мозга зависит от жидкости, так что это потрясающе», –– добавляет Майкен.

«Это значит, что сон важен не только для отдыха, –– утверждает Недергаард, –– сон –– это достаточно специфическая функция». Нейроны не прекращают работу, когда человек бодрствует, поэтому уровень крови не снижается настолько, чтобы позволить спинномозговой жидкости циркулировать вокруг мозга и очищать его от накапливающихся метаболических побочных продуктов, токсинов, таких как бета-амилоид.

Работа также может иметь клиническое применение для лечения болезни Альцгеймера. Недавние попытки разработки лекарств были направлены на бета-амилоид. Поначалу препараты казались многообещающими, однако они не прошли проверку. «Это [исследование Льюис] открывает новый путь», –– говорит Майкен Недергаард. Вместо того чтобы стараться воздействовать на одну молекулу, нужно сконцентрироваться на увеличении количества спинномозговой жидкости, циркулирующей вокруг мозга.

Это помогло бы избавиться не только от бета-амилоида, но и от других молекул, таких как тау –– белка, который теряется в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера и повреждает связи между нейронами. Поиск способа убрать весь «мусор» может быть более масштабным, чем сосредоточение внимания только на части проблемы. «За процесс старения же отвечает не просто одна молекула, –– утверждает Майкен, –– все имеет значение».

Данные открытия порождают много вопросов. Лаура Льюис не изучала, что происходит в течение других фаз сна, и наблюдала лишь за здоровыми молодыми людьми. Тем не менее методы, которые она использовала, были полностью не инвазивными (если сон в аппарате МРТ и подключение к другим машинам считать таковыми). Девушка даже не вводила участникам красящее вещество. Это облегчает проведение исследований над пожилыми испытуемыми, у которых могут развиваться нейродегенеративные заболевания.

Все это значит, что Льюис проведет еще множество ночей в лаборатории.

Перевод: Александра Миронова