Сон улучшает работу мозга и что это значит для будущего нейромодуляции

Ученые давно знали, что сон способствует улучшению когнитивных функций, но точные нейронные механизмы, особенно связанные с NREM-сном, оставались неясными. В ходе исследования на макаках было обнаружено, что этот вид сна синхронизирует нейронные сигналы, что позволяет мозгу лучше обрабатывать информацию.

Используя сложные многоэлектродные системы, ученые измеряли активность тысяч нейронов в различных областях мозга, включая зрительную кору и дорсолатеральную префронтальную кору. Животным давались задачи на визуальное распознавание до и после 30-минутного сна. Те, кто засыпал, показали значительное улучшение в выполнении задач, в то время как у бодрствующих макак таких изменений не наблюдалось.

«Сон усиливал синхронизацию нейронной активности, а затем снижал ее, позволяя нейронам работать более независимо. Это и стало ключом к повышению точности распознавания и когнитивных способностей», — отметила Наташа Харас, один из авторов исследования.

Важнейшим открытием стало то, что эффекты сна можно имитировать с помощью электрической стимуляции мозга. Ученые использовали низкочастотные импульсы для активации зрительной коры животных. Такая стимуляция воссоздавала десинхронизацию нейронов, наблюдаемую после сна, и приводила к улучшению результатов в когнитивных задачах.

«Это означает, что восстановительные эффекты сна могут быть достигнуты искусственно, что открывает новые возможности для людей с нарушениями сна или в условиях, где сон невозможен», — отметил руководитель исследования Валентин Драгой.

Исследование также показало, что во время NREM-сна связи между возбуждающими и тормозными нейронами ослабевают, но делают это асимметрично. Это приводит к усилению возбуждающей активности после сна, что улучшает обработку информации.

«Мы наблюдали, как мозг балансирует между синхронизацией и десинхронизацией, чтобы добиться наилучшей производительности», — пояснил Драгой.

Идея искусственного моделирования эффектов сна открывает перспективы для разработки новых методов лечения когнитивных нарушений, потери памяти и других расстройств. Такие методы могут быть полезны как для пациентов с проблемами сна, так и для людей, находящихся в экстремальных условиях, например, в ходе космических экспедиций.

«Наши результаты показывают, что мы можем улучшить когнитивные функции и память без необходимости сна, что может стать революцией в нейромедицины».

Исследование не только углубило понимание роли сна в работе мозга, но и указало на возможность создания технологий, которые могут использовать преимущества сна в любое время, улучшая качество жизни миллионов людей.