Ученые выяснили, что короткий дневной сон перезагружает мозг и восстанавливает способность усваивать новую информацию. Исследователи из Германии и Швейцарии доказали, что даже часовой отдых днем запускает те же процессы в нервных клетках, что происходят во время полноценного ночного сна. Результаты опубликованы в журнале NeuroImage.
Эксперимент провели с участием двадцати здоровых взрослых людей в возрасте около 25 лет. Каждый из них дважды пришел в лабораторию — один раз, чтобы поспать днем с 13:15 до 14:15, второй раз просто бодрствовал в это же время. После обеих сессий испытуемым измеряли активность мозга с помощью электроэнцефалографии и транскраниальной магнитной стимуляции. Эти методы позволяют понять, насколько легко нейроны образуют новые связи между собой.
Оказалось, что после дневного отдыха мозг работает совершенно иначе. Чтобы вызвать одинаковый отклик в мышцах руки, после сна требовалась более сильная магнитная стимуляция, чем после бодрствования. Это говорит о том, что общая возбудимость коры снизилась. Одновременно уменьшилась активность в тета-диапазоне на энцефалограмме — этот показатель считается маркером накопленной усталости нервной системы. Конкретно речь идет о частотах 3,5−8 Гц, которые отражают степень синхронизации нейронных популяций.
Главное открытие касается пластичности мозга. После пробуждения участники гораздо лучше реагировали на процедуру, которая имитирует формирование новых связей между нейронами. Ученые применяли парную ассоциативную стимуляцию — одновременно раздражали нерв на запястье слабым током и стимулировали соответствующую зону коры магнитным импульсом в течение 14 минут. У тех, кто спал, амплитуда мышечного ответа выросла и держалась повышенной в течение двух часов. У бодрствовавших такого эффекта почти не было. Для измерений использовали вызванные моторные потенциалы — электрические сигналы в мышце большого пальца, которые отражают силу передачи импульса от коры к периферии.
Авторы работы связывают эффект с синаптическим гомеостазом. Когда человек не спит, связи между нейронами постоянно усиливаются в ответ на любую активность. Со временем они достигают предела, и способность запоминать что-то новое падает. Отдых ослабляет эти связи, возвращая систему в исходное состояние и освобождая место для свежей информации. Этот механизм работает за счет уменьшения количества рецепторов на поверхности клеток и снижения плотности дендритных шипиков — крошечных выростов, через которые нейроны обмениваются сигналами.
Участники спали в среднем 43,5 мин из предоставленного часа, причем 98,5% времени пришлось на фазу медленного сна. Три четверти этого периода составили глубокие стадии N2 и N3, которые, как считается, отвечают за восстановление. Любопытно, что исследователи не нашли прямой связи между длительностью или структурой сна и степенью улучшения пластичности. Зато обнаружили закономерность: чем больше человек не спал во время сессии бодрствования, тем выше росла тета-активность на энцефалограмме, а это означало накопление усталости и меньшая готовность к обучению. После сна у 80% испытуемых наблюдалось усиление моторных потенциалов, тогда как после бодрствования — только у 55%.
Раньше подобные эффекты наблюдали в экспериментах на животных — от мух до грызунов. Теперь впервые показано на людях, что короткий дневной отдых включает механизмы, которые запускаются во время полноценного ночного сна. Это объясняет, почему после короткого перерыва многие чувствуют себя свежее и лучше соображают.
В России исследования нейропластичности и влияния сна на когнитивные функции ведут несколько научных центров. Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН изучает механизмы памяти и обучения, а Институт мозга человека имени Бехтеревой в Санкт-Петербурге занимается картированием функций коры.
Ранее мы писали о том, что канадец четыре года выдавал себя за пилота и летал бесплатно.
