Мы знаем, что по электрической активности мозга сон можно поделить на две большие фазы: медленноволновую (или просто медленный сон) и быстроволновую (или быстрый сон). Медленная фаза делится ещё на несколько стадий. За ночь медленный сон и быстрый сон несколько раз сменяют друг друга, что можно заметить не только по электрическим ритмам, но и по некоторым внешним признакам. Например, во время быстроволновой фазы можно заметить движения глаз (откуда и другое её название – REM-сон, от «rapid eye movement», т. е. «быстрые движение глаз»). Считается, что именно во время REM-фазы к нам приходят сновидения, хотя сейчас говорят, что их можно видеть и в медленном сне. 

Несмотря на всю разницу между нами, сон у нас и у мышей проходит одни и те же стадии. (Фото Eddy Van 3000 / Flick.com.)

Оптогенетическое (с помощью светового импульса в нейроны продолговатого мозга) переключение фаз сна у мыши с медленной (NREM) на быструю (REM). (Иллюстрация Franz Weber / UC Berkeley.)

‹ ›

Как происходит переключение между одной фазой и второй? Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли сообщают, что им удалось найти нейронный переключатель периодов сна, находящийся в продолговатом мозге (отдел головного мозга, граничащий со спинным). Здесь находятся центры автономной регуляции многих физиологических процессов и бессознательных поведенческих реакций. То, что продолговатый мозг участвует в регуляции сна, нейробиологи знали и до этого, однако раньше полагали, что он отвечает только за «сонное» расслабление скелетных мышц. Пытаясь больше узнать о его функциях, Франц Вебер (Franz Weber) и его коллеги использовали методы оптогенетики.

 Оптогенетику мы в последнее время упоминаем столь часто, что читатели, наверно, уже давно выучили, что она из себя представляет. Тем не менее, напомним ещё раз: суть её в том, что нейрон снабжается фоточувствительным мембранным белком, который под действием света открывает в мембране ионные каналы; перераспределение ионов между внутренней и внешней стороной мембраны генерирует нервный импульс. Свет можно «провести» в мозг с помощью оптоволоконного световода, что до гена фоточувствительного белка, то тут на помощь приходят генноинженерные ухищрения. Оптогенетика позволяет избирательно управлять чётко выделенными группами нейронов, что, разумеется, даёт нам массу информации о работе отдельных нервных цепей и целых участков мозга.

На сей раз целью нейробиологов были ГАМКэргические нейроны продолговатого мозга, то есть те, которые используют для передачи сигнала в межнейронных соединениях нейромедиатор гамма-аминомасляную кислоту. В статье в Nature авторы сообщают, как стимуляция определённых цепочек ГАМК-нейронов действовала на спящих и бодрствующих мышей. Если мышь не спала, повышенная активность клеток заставляла её больше есть, но никакой сонливости она не испытывала. Также было замечено, что в отсутствии всякой стимуляции интенсивность сигналов в тех же нервных цепочках повышалась во время еды и при груминге, то есть когда мышь чистила шерсть и вообще ухаживала за собой. 

Если же нейроны стимулировали во время сна, то спустя буквально несколько секунд у животных начинался REM-сон. Подавление активности ГАМК-нейронов уменьшало длительность быстрого сна или же заставляло его вовсе исчезнуть. Не будет большим преувеличением сказать, что эти нейроны играют роль переключателя фаз сна. (Их можно было бы назвать «повелителями сновидений», если бы у нас была абсолютная уверенность, что сны приходят в нам – и к мышам – только во время быстрой фазы.) Фазовые ГАМК-эргические нейроны тянутся из продолговатого мозга в различные области ствола мозга и гипоталамуса, которые также участвуют в регуляции сна; очевидно, клеткам-переключателям нужно оповещать своих «коллег», также отвечающих за сон, о том, что пора наступать REM-фазе. 

Конечно, здесь сразу возникает много вопросов. Например, как происходит в таком случае переход от быстрого сна снова к медленному – с помощью тех же клеток или других? Как они работают сами по себе, без стимуляции, как определяют время, когда пора переключить фазы? Наконец, как всё это работает у человека (у нас такой механизм, очевидно, существует, коль скоро у нас тоже есть чередование фаз сна). Словом, авторам открытия есть над чем работать. Что до медицинского значения работы, то известно, что аномалии в REM-фазе сопровождают целый ряд психоневрологических расстройств, и не исключено, что, воздействуя на фазопереключающие нейронные кластеры, можно будет облегчать симптомы некоторых заболеваний.