Раскрыта тайна глубокого сна

Американские ученые разработали количественную модель изменения активности мозга по мере роста ребенка и впервые показали, как с возрастом меняется функция сна. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Известно, что животным и человеку сон нужен для восстановления повреждений в мозге, вызванных стрессом и когнитивной деятельностью, а также для реорганизации нейронных структур, усиления эффекта обучения и консолидации воспоминаний. Однако, в какой пропорции реализуются эти функции сна на разных этапах жизни, до сих пор было непонятно.

Группа американских ученых под руководством нейробиологов из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе построила математическую модель эволюции функций мозга у детей от рождения до пятнадцати лет. Модель учитывает такие параметры, как скорость метаболизма мозга, объем мозга и время, проводимое в фазе быстрого сна.

Исследователи обнаружили, что примерно в возрасте двух с половиной лет основная функция сна изменяется: от построения инфраструктуры мозга — к его восстановлению и ежедневной очистки от повреждений. В это время у детей становятся короче фазы быстрого сна и сокращается общая его продолжительность.

Ученые отмечают, что именно во время быстрого, или глубокого сна происходит строительство и укрепление синапсов — структур, которые соединяют нейроны друг с другом. В это время приходят и самые яркие сны — свидетельство того, что мозг не спит, а нейроны «общаются» между собой.

Авторы установили, что быстрый сон, отвечающий за реорганизацию мозга и обучение, доминирует на ранних этапах развития ребенка, в то время как медленный, который отвечает за повседневное восстановление, преобладает на протяжении всей остальной жизни.

«Не будите младенцев во время быстрого сна, в это время их мозг выполняет важную работу», — приводятся в пресс-релизе слова старшего автора исследования Джины По (Gina Poe), профессора интегративной биологии и физиологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которая занимается исследованиями сна уже более тридцати лет.

То, что до двух-трех лет мозг у детей растет очень быстро, было известно и раньше, но всегда считали, что функции сна при этом меняются постепенно. Теперь же исследователи выяснили, что смена происходить резко. По словам авторов, это «как фазовый переход между водой и льдом». Примерно в два с половиной года основная цель сна переключается с построения мозга на его поддержание и восстановление.

Соответственно меняется и продолжительность различных фаз сна. Ученые обнаружили, что по мере увеличения размера мозга фазы быстрого сна сокращаются. Если у новорожденных они занимают около 50 процентов, то к десяти годам этот показатель падает примерно до 25 процентов и продолжает уменьшаться с возрастом. У взрослых глубокий сон со сновидениями составляет лишь около 15 процентов времени, проведенного во сне.

Авторы отмечают чрезвычайную важность полноценного сна для людей в любом возрасте. Хроническое недосыпание приводит к долгосрочным проблемам со здоровьем, таким как деменция и другие когнитивные расстройства, диабет и ожирение, считают ученые.

«Сон так же важен, как и еда, — отмечает По. — И это чудо, насколько хорошо сон соответствует потребностям нашей нервной системы. От медуз до птиц и китов — все спят. Сон — это лекарство, к тому же бесплатное!»

В исследовательскую группу помимо нейробиологов входили биологи, математики и статистики, а в цифровой обработке учитывались результаты более чем 60 исследований с участием людей и животных.