Короткие звуки могут помочь мозгу очищаться во время сна

Розовый шум похож на белый, но в нем низкие частоты звучат громче, а высокие — тише. В итоге получается спокойный, сбалансированный звук, напоминающий ровный шум дождя или далекого водопада. В эксперименте использовали очень короткие импульсы — длительностью всего 50 миллисекунд. Они были достаточно тихими, чтобы не разбудить спящего человека.

Главная хитрость заключалась в том, чтобы подавать звук точно в нужный момент — на пике медленных электрических волн мозга, характерных для глубокого сна. Эти волны тесно связаны с движением ликвора, когда возникают медленные волны, сосуды мозга сжимаются и расширяются, работая как насос и выталкивая спинномозговую жидкость. Чем сильнее медленная волна, тем крупнее становится волна ликвора, а значит, активнее идет очистка мозга.

Чтобы попасть в нужный момент, ученые одновременно отслеживали электрическую активность мозга с помощью ЭЭГ и движение ликвора с помощью фМРТ. Это оказалось непростой задачей: магнитные поля, используемые в фМРТ, создают помехи для ЭЭГ‑сигналов. Исследователи разработали способ очень быстро, менее чем за 100 миллисекунд, очищать ЭЭГ‑данные от этих помех. Кроме того, они создали алгоритм, который предсказывал, когда наступит пик медленной волны, чтобы успеть подать звуковой импульс. Такой подход называют замкнутым контуром: система слушает мозг в реальном времени и реагирует в нужный момент.

В испытаниях участвовали 14 здоровых добровольцев. Оказалось, что правильно синхронизированные всплески розового шума действительно усиливают медленные волны мозга и увеличивают амплитуду волн спинномозговой жидкости. Таким образом, ученые впервые смогли целенаправленно усилить естественный механизм очистки мозга во сне.

Теперь исследователи хотят выяснить, может ли такая усиленная очистка улучшить когнитивные функции и память, а также замедлить развитие нейродегенеративных заболеваний. Дело в том, что такие болезни, как болезнь Альцгеймера, отчасти связаны с накоплением в мозге вредных белков, например, бета‑амилоида и тау‑белка. Если удастся улучшить выведение этих веществ, возможно, получится сдерживать формирование патологических бляшек.

Один из авторов работы, Джошуа Левитт, уже основал компанию, которая планирует создать устройство для домашнего использования, например, в виде повязки на голову. Оно будет отслеживать фазы сна и подавать звуковые стимулы в нужный момент, помогая мозгу эффективнее очищаться.

По словам старшего автора исследования Лоры Льюис, возможность усиливать поток ликвора во сне у здоровых взрослых открывает путь к тестированию этой технологии у пациентов с различными нарушениями. В первую очередь ученые хотят изучить ее потенциал для людей с бессонницей, а также с заболеваниями, при которых страдает способность мозга избавляться от токсичных продуктов обмена.