Так спят абсолютно все живые существа: зачем нужны быстрая и медленная стадия сна

Сон — сложный биологический процесс, который играет важнейшую роль в работе мозга. Ученые из Мичиганского университета (США) попытались выяснить, почему у всех живых существ чередуются фазы медленного и быстрого сна. Их исследование, опубликованное в журнале PLOS Computational Biology, объясняет, как эти фазы взаимодействуют для сохранения воспоминаний.

Как мозг обрабатывает воспоминания во сне

В ходе работы ученые сосредоточились на гиппокампе — области мозга, которая отвечает за формирование и хранение памяти. Они наблюдали за активностью нейронов в мозге спящих мышей, чтобы изучить, как разные фазы сна влияют на обработку информации. Оказалось, что каждая фаза сна выполняет свою уникальную функцию.

В фазе медленного сна активизируются нейроны, которые закрепляют недавние события. Это похоже на процесс «записи» новой информации в долговременную память. Во время медленного сна мозг словно пересматривает недавние события, чтобы укрепить важные воспоминания.

А вот в фазе быстрого сна мозг выполняет обратную задачу — он «обрезает» лишние связи, чтобы избежать перегрузки информацией. Этот процесс помогает упорядочить воспоминания и сохранить их четкость. Если сравнить это с садоводством, то медленный сон позволяет воспоминаниям «расти», а быстрый — «подрезает» их, чтобы они не спутались и не потеряли своей структуры.

Роль нейромедиаторов

Одним из ключевых открытий стало понимание того, как уровень нейромедиатора ацетилхолина влияет на процессы в мозге. Этот химический элемент играет роль «регулятора», определяя, какие связи между нейронами усиливаются, а какие подавляются в зависимости от фазы сна. Во время медленного сна уровень ацетилхолина низкий, что способствует укреплению новых воспоминаний. В фазе быстрого сна уровень ацетилхолина повышается, что помогает мозгу «очистить» ненужные связи.

Компьютерное моделирование и эксперименты

Чтобы подтвердить свои гипотезы, исследователи использовали не только наблюдения за мышами, но и компьютерное моделирование. Они создали виртуальные нейронные цепи, включающие возбуждающие и тормозные клетки мозга, чтобы понять, как информация обрабатывается на уровне нейронных связей. Это позволило ученым глубже изучить механизмы взаимодействия между фазами сна и подтвердить свои предположения.

Почему это важно

Как поясняют специалисты, нарушение чередования фаз сна может привести к серьезным проблемам с памятью. Вместо того чтобы укреплять воспоминания, мозг может «стереть» их или запутать. Поэтому открытие имеет большое значение для понимания таких нарушений сна, как бессонница и нарколепсия. Например, при бессоннице человек может испытывать трудности с запоминанием новой информации или даже терять уже существующие воспоминания из-за нарушений в работе мозга.

Хотя текущая модель отражает только базовые процессы, ученые считают, что их работа — это значительный шаг вперед в изучении механизмов памяти. В дальнейшем они планируют изучить, как мозг обрабатывает более сложные воспоминания, включая эмоциональные события и временные последовательности.