Дослідження мишей показує, як мозок вивозить сміття під час сну

Нове дослідження на мишах надає нового значення старій приказці, що хороший нічний сон очищає розум.

Дослідники з Медичного центру Університету Рочестера виявили, що нещодавно виявлена ​​система, яка змиває відходи з мозку, в основному активна під час сну.

"Це дослідження показує, що мозок має різні функціональні стани в режимі сну та неспання", - сказала доктор медичних наук Майкен Недергаард, співдиректор Центру по трансляційній нейромедицині Медичного центру Рочестера та провідний автор дослідження.

"Насправді відновлювальний характер сну, як видається, є результатом активного очищення побічних продуктів нервової діяльності, які накопичуються під час неспання".

Дослідження, опубліковане в журналі Наука, показує, що унікальний метод видалення відходів мозку - відомий як глімфатична система - дуже активний під час сну, виводячи токсини, відповідальні за хворобу Альцгеймера та інші неврологічні розлади.

Дослідники також виявили, що під час сну клітини мозку зменшуються в розмірі, що дозволяє ефективніше видаляти відходи.

Нові висновки є результатом минулого року відкриття Недергардом та її колегами раніше невідомої системи вивезення відходів, яка є унікальною для мозку.

Система, відповідальна за утилізацію клітинних відходів в іншій частині тіла, лімфатична система, не поширюється на мозок, зазначив дослідник. Це пов’язано з тим, що мозок підтримує власну замкнену «екосистему» ​​і захищений складною системою молекулярних шлюзів - відомою як гематоенцефалічний бар’єр - яка контролює те, що входить і виходить з мозку.

Використовуючи нові технології візуалізації, а саме двофотографічну мікроскопію, вчені змогли спостерігати у мишей - мозок яких надзвичайно схожий на людські - що представляє собою сантехнічну систему. Він перекачує спинномозкову рідину головного мозку (СМЖ) через тканини мозку, виводячи відходи назад у систему кровообігу, де врешті-решт пробивається до загальної системи кровообігу і, зрештою, до печінки.

Вчасне виведення відходів з мозку має важливе значення, коли неконтрольоване накопичення токсичних білків, таких як амілоїд бета, може призвести до хвороби Альцгеймера, пояснюють дослідники. Насправді майже кожна нейродегенеративна хвороба пов'язана з накопиченням клітинних відходів, додають дослідники.

Однією з підказок того, що глімфатична система може бути більш активною під час сну, був той факт, що кількість енергії, яку споживає мозок, різко не зменшується, поки ми спимо, пояснюють дослідники. Оскільки накачування ліквору вимагає багато енергії, дослідники припустили, що процес очищення може бути несумісним з функціями, які повинен виконувати мозок, коли ми не спимо і активно обробляємо інформацію.

Шляхом серії експериментів на мишах дослідники помітили, що глімфатична система була майже в 10 разів активнішою під час сну - і що сплячий мозок виводить значно більше амілоїду-бета.

"Мозок має у своєму розпорядженні лише обмежену кількість енергії, і, схоже, він повинен вибирати між двома різними функціональними станами - неспаним та усвідомленим, або сплячим, і очищенням", - сказав Недергоард.

“Ви можете думати про це як про домашню вечірку. Ви можете або розважити гостей, або прибрати в будинку, але насправді не можна робити і те, і інше одночасно ".

Ще одна знахідка, яка вразила дослідників, полягала в тому, що клітини мозку «зменшуються» на 60 відсотків під час сну. Це скорочення створює більше простору між клітинами і дозволяє ліквору більш вільно промиватися через мозкову тканину, стверджують вони.

Дослідники сказали, що вони також спостерігали, що гормон, який називається норадреналін, менш активний уві сні. Відомо, що цей нейромедіатор вивільняється раптово, коли мозок повинен бути напоготові, як правило, у відповідь на страх або інші зовнішні подразники.

Дослідники припускають, що норадреналін може служити "головним регулятором", який контролює скорочення та розширення клітин мозку під час циклів сну і неспання.

"Ці висновки мають суттєві наслідки для лікування хвороби" брудного мозку ", як хвороба Альцгеймера", - сказав Недергаард.

"Розуміння того, як і коли мозок активує глімфатичну систему та очищає відходи, є важливим першим кроком у спробах потенційно модулювати цю систему та зробити її більш ефективною".

Джерело: Медичний центр Рочестерського університету