Исследователи заглянули в мозг через зрачок

Впервые исследователи смогли наблюдать за реакцией зрачков во время сна в течение нескольких часов. Заглянув под веки они увидели, что во время сна в мозге происходит больше процессов, чем предполагалось ранее. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Когда мы спим наши глаза обычно закрыты. Однако под закрытыми веками происходит бурная деятельность: команда исследователей во главе с ведущими исследователями Кэролайн Люстенбергер, Сарой Мейснер и Николь Вендерот из Лаборатории нейронного контроля движений в Швейцарской высшей технической школе Цюриха обнаружила, что размер зрачка постоянно меняется во время сна. Иногда он увеличивается в размерах, иногда уменьшается; иногда эти изменения происходят в течение нескольких секунд, иногда – в течение нескольких минут.

“Эта динамика отражает состояние возбуждения, или уровень активации мозга в областях, которые отвечают за регуляцию режима сна и бодрствования”, – говорит Люстенбергер.

“Эти наблюдения противоречат предыдущему предположению о том, что, по сути, уровень возбуждения во время сна низкий”.

Вместо этого эти колебания размера зрачков показывают, что даже во время сна мозг постоянно переключается между более высоким и более низким уровнем активации.

Эти новые данные также подтверждают применительно к людям то, что другие исследовательские группы недавно обнаружили в исследованиях на грызунах, у которых также наблюдаются медленные колебания уровня активации (известные в этой области как возбуждение).

Новый метод для разгадки старой тайны

Области мозга, которые контролируют уровень активации, расположены глубоко в стволе мозга, что ранее затрудняло непосредственное измерение этих процессов у людей во время сна. Существующие методы являются технически сложными и еще не разработаны для таких исследований.

Таким образом, исследование ученых основано на измерении зрачков. Известно, что зрачки указывают на уровень активации, когда человек бодрствует. Поэтому их можно использовать в качестве маркеров активности в областях, расположенных глубже в мозге.

Исследователи разработали новый метод изучения изменений зрачков людей во время сна: с помощью специальной клеевой техники и прозрачного пластыря они смогли удерживать глаза испытуемых открытыми в течение нескольких часов.

Голубое пятно регулирует работу различных областей мозга (розовые стрелки). На графике справа показаны продолжительность и тип фаз сна (белые) и колебания размера зрачков (сине-зелёные), которые происходят во время них. Автор: М. Карро-Домингес, ETH Zurich / Biorender

“Больше всего нас беспокоило то, что испытуемые не смогут спать с открытыми глазами. Но в темной комнате большинство людей забывают, что их глаза все еще открыты и они могут спать”, – объясняет ведущий автор исследования Мануэль Карро Домингес, который разработал эту методику.

Анализ полученных данных показал, что динамика зрачков связана не только с различными стадиями сна, но и с определенными паттернами мозговой активности, такими как сонные веретена и выраженные волны глубокого сна – мозговые волны, которые важны для консолидации памяти и стабильности сна.

Исследователи также обнаружили, что мозг реагирует на звуки с разной степенью интенсивности, в зависимости от уровня активации, что отражается на размере зрачка.

Центральным регулятором уровня активации является небольшая область в стволе мозга, известная как голубое пятно. На животных ученым удалось показать, что это место важно для регуляции стадий сна и бодрствования. Исследователи Швейцарской высшей технической школе Цюриха не смогли доказать в этом исследовании, действительно ли голубое пятно непосредственно отвечает за изменения зрачков.

“Мы просто наблюдаем изменения зрачков, которые связаны с уровнем активации мозга и сердечной деятельностью”, – объясняет Люстенбергер.

В последующем исследовании ученые попытаются повлиять на активность голубого пятна с помощью препаратов, чтобы выяснить, как это влияет на динамику зрачков. Они надеются выяснить, действительно ли эта область мозга отвечает за контроль зрачков во время сна, и как изменения в уровне активации влияют на сон и его функции.

Использование динамики зрачков для диагностики заболеваний

Понимание динамики зрачков во время сна также может дать важную информацию для диагностики и лечения нарушений сна и других заболеваний. Поэтому исследователи хотят выяснить, могут ли изменения зрачков во время сна указывать на дисфункции системы возбуждения. К ним относятся такие расстройства, как бессонница, посттравматическое стрессовое расстройство и, возможно, болезнь Альцгеймера.

“Это всего лишь гипотезы, которые мы хотим проверить в будущем”, – говорит Люстенбергер.

Другая цель состоит в том, чтобы эту технологию можно было использовать за пределами лабораторий сна, например, в больницах, где она могла бы помочь контролировать состояние бодрствования пациентов, находящихся в коме, или более точно диагностировать нарушения сна. Таким образом, зрачок как окно в мозг может открыть новые возможности в медицине сна и нейробиологии.

Подпишитесь на сайт Психолог в интернете
в Telegram или ВКонтакте.
Помощь психолога