Вы когда-нибудь задумывались над тем, что происходит внутри вашего мозга, когда вы бодрствуете в течение дня, ночи и другого дня, прежде чем вы, наконец, пойдете спать? Ну, мы только что узнали.

Это был известный много лет что как мы сонные, насколько хорошо мы можем складывать цифры, уделять внимание или выполнять задание на рабочую память, зависит от того, как долго мы бодрствуем и время суток. Обычно, если мы бодрствуем в течение двух дней (день, ночь, а затем на следующий день), первые часы 16 или около того имеют бодрствование - производительность хорошая и не сильно меняется.

Но затем, когда мы входим в «биологическое ночное время», о чем свидетельствует рост гормонального мелатонина, производительность быстро ухудшается и достигает минимума примерно на 6-8am на следующее утро. На второй день производительность может немного улучшиться (но все же значительно ниже, чем в первый день), и только возвращается к нормальному, базовому уровню после хорошего ночного сна.

Ключевой характеристикой этой временной шкалы производительности является то, что она не ухудшается линейно в зависимости от того, как долго вы проснулись, но вместо этого модулируется временем суток. На самом деле, мы знаем теперь, что это не фактически «время суток», а «внутреннее биологическое время суток», которое вызывает последствия потери сна. На поведенческом уровне функция мозга определяется комбинированными эффектами циркадной ритмичности и гомеостаза сна - давление сна, которое нарастает во время бодрствования и рассеивается во время сна.

Циркадный ритм

Циркадная ритмичность может наблюдаться во многих аспектах поведения и физиологии и генерируется циркадными часами почти в каждой клетке мозга и тела. Локально эти ритмы генерируются посредством петли обратной связи часовых белков на гены синхронизации, которые выражают генетическую информацию, которая затем транслируется в белки

Все эти часы, в том числе мозговые часы, синхронизируются центральным директором / проводником, расположенным в области мозга, называемой супрахиазматическим ядром в гипоталамусе. Эта область мозга также управляет ритмом мелатонина в крови и слюне.

Итак, как это совместное действие циркадной ритмичности и гомеостаза сна? Ну, в течение биологического дня циркадные часы генерируют сигнал оповещения или бодрствования, который становится сильнее по мере того, как день прогрессирует и достигает максимальной силы вечером. Это может показаться немного парадоксальным, но этот сигнал должен стать сильнее по мере того, как день прогрессирует, потому что давление сна также увеличивает время дольше, когда мы бодрствуем, поэтому что-то нужно держать нас настороже.

Но по мере того как мы входим в биологическую ночь, бодрствование, повышающее циркадный сигнал, рассеивается и превращается в сигнал продвижения сна с максимальной силой около 6-8am. Опять же, это может показаться немного парадоксальным, но в нормальных условиях, когда мы спим по ночам, это пригодится, потому что сигнал продвижения сна позволяет нам продолжать хорошо спать даже через шесть или семь часов, когда давление сна рассеялось.

Однако проблемы возникают, когда мы бодрствуем ночью и на следующий день. Ночью давление сна остается высоким и даже увеличивается, потому что мы бодрствуем. Циркадный сигнал больше не противостоит этому давлению, и мы боремся, чтобы бодрствовать и выступать. На следующий день циркадные часы, которые все еще тикают, спите мы или нет, снова начинают продвигать бодрствующие сигналы, поэтому становится немного легче выполнять и бодрствовать.

Как это выглядит в мозгу?

Все хорошо, хорошо и имеет смысл. Действительно, эта рабочая модель широко принята из того, что мы видели, когда дело касается поведения. Но что это комбинированное действие циркадного ритма и гомеостаза сна выглядит как внутри человеческого мозга

Наша команда исследователей из Льежского университета и Университета Суррея проверила мозги людей 33 с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии (fMRI), которая дает подробную картину уровней активности нейронов по всему мозгу - которые были лишены сна два дня и после периода восстановления сна. Мы также измеряли уровни мелатонина, чтобы иметь хороший показатель внутреннего биологического времени, который варьируется между индивидуумами. Наши результаты опубликовано в Science.

Для каждого участника были получены изображения мозга 13, когда они выполняли простую задачу времени реакции. Двенадцать изображений мозга собирались во время лишения сна в периоды, характеризующиеся теми быстрыми изменениями, которые ранее наблюдались для работы вечером и утром. Тринадцатое изображение было снято после выздоровления.

Активность в нескольких областях мозга и, в частности, подкорковых областях (таких как таламус, главный центр для передачи информации в кору), сопровождалась ритмическим (циркадным) образцом 24-часа, время которого, что удивительно, варьировалось в разных областях мозга. Другие области мозга - в частности лобные области головного мозга, включая зоны более высокого порядка - показали снижение активности со временем пробуждения, а затем возвращение к уровням лишения до сна после выздоровления. Некоторые области мозга отображали картину, которая представляла собой комбинацию ритмического рисунка и снижение, связанное с пробуждением во времени.

Еще более удивительно, что эти эффекты потери сна на активность мозга были гораздо более распространены, когда участники выполняли простую задачу времени реакции по сравнению с более сложной задачей, зависящей от памяти.

Все это означает, что различные области мозга, по-видимому, по-разному влияют на потерю сна и циркадный ритм, и в целом результаты демонстрируют как распространенность этих эффектов, так и сходство и локальный характер этих влияний.

Разнообразие ответов головного мозга показывает, насколько сложны механизмы, с помощью которых мозг реагирует на потерю сна. Это помогает нам понять, как мозг может поддерживать производительность в течение дня и ночи. Эти результаты могут успокоить сменщиков и людей, которые работают очень долго, изо всех сил стараются обратить внимание и сосредоточиться на своей работе, особенно в ранние утренние часы. Да, ваш мозг будет отличаться ночью, чем днем. Они также предполагают, что если вы работаете допоздна, возможно, лучше покончить с этим, поспать и начать снова утром.

Это может даже помочь нам лучше понять, почему многие симптомы в психиатрических и нейродегенеративных условиях восковые и ослабевают, и почему ранним утром после ночи без сна мы изо всех сил пытаемся сохранить внимание, тогда как вечером это не проблема.

Об авторе

Derk-Jan Dijk, профессор сна и физиологии и директор исследовательского центра Surrey Sleep, Университет Суррея

Пьер Маке, директор по исследованиям циклотронных исследований, Université de Liège

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon