Каждую ночь во время сна мы переключаемся между двумя очень разными состояниями сна. После засыпания мы переходим в сон с медленными движениями глаз (не-REM), когда наше дыхание медленное и регулярное, а движения конечностей или глаз минимальны. Однако примерно через 90 минут мы переходим в фазу быстрого сна (REM). Это парадоксальное состояние, когда наше дыхание становится частым и нерегулярным, наши конечности подергиваются, а глаза быстро двигаются. Во время быстрого сна наш мозг очень активен, но мы также оказываемся парализованными и теряем способность регулировать или поддерживать постоянную температуру тела. "Эта потеря терморегуляции во время быстрого сна является одним из наиболее специфических аспектов сна, особенно потому, что у нас есть точно настроенные механизмы, которые контролируют температуру нашего тела во время бодрствования или во время сна," говорит Маркус Шмидт из Департамента биомедицинских исследований (DBMR) Университета Берна и Департамента неврологии, Инзельшпиталь, Университетская больница Берна. С одной стороны, результаты подтверждают гипотезу, предложенную ранее Шмидтом, старшим автором исследования, а с другой стороны, представляют собой прорыв в медицине сна. Статья была опубликована в Current Biology и отмечена редакцией с комментарием.
Механизм управления, экономящий энергию
Необходимость поддерживать постоянную температуру тела – наша самая дорогостоящая биологическая функция. Одышка, пилоэрекция, потоотделение или дрожь – все это реакции организма, потребляющие много энергии. В своей гипотезе Маркус Шмидт предположил, что быстрый сон – это поведенческая стратегия, которая перемещает энергетические ресурсы от дорогостоящей терморегуляторной защиты к мозгу, чтобы улучшить многие функции мозга. Согласно этой гипотезе распределения энергии во сне, млекопитающие разработали механизмы для увеличения быстрого сна, когда потребность в поддержании температуры нашего тела сведена к минимуму, или, скорее, в жертву быстрому сну, когда нам холодно. "Моя гипотеза предсказывает, что у нас должны быть нейронные механизмы для динамической модуляции экспрессии быстрого сна в зависимости от температуры в помещении," говорит Шмидт. Нейробиологи из DBMR в Университете Берна и отделения неврологии в Inselspital, Больница Университета Берна теперь подтвердили его гипотезу и обнаружили нейроны в гипоталамусе, которые специально усиливают быстрый сон, когда температура в помещении "в самый раз."
Нейроны, способствующие быстрому сну
Исследователи обнаружили, что небольшая популяция нейронов в гипоталамусе, называемая нейронами меланин-концентрирующего гормона (MCH), играет решающую роль в том, как мы модулируем экспрессию быстрого сна в зависимости от температуры окружающей среды (или комнатной). Исследователи показали, что мыши будут динамически увеличивать фазу быстрого сна, когда комнатная температура нагревается до верхнего предела их зоны комфорта, аналогично тому, что было показано для сна человека. Однако мыши с генной инженерией, лишенные рецептора для MCH, больше не могут увеличивать фазу быстрого сна во время согревания, как если бы они были слепы к температуре согрева. Авторы использовали оптогенетическую технику, чтобы специально включать или выключать нейроны MCH, используя время лазерного света, привязанное к периодам температурного потепления. Их работа подтверждает необходимость системы MCH для увеличения REM-сна, когда потребность в контроле температуры тела сводится к минимуму.
Прорыв в медицине сна
Это первый случай, когда было обнаружено, что область мозга контролирует быстрый сон в зависимости от комнатной температуры. "Наше открытие этих нейронов имеет большое значение для контроля быстрого сна," говорит Шмидт. "Это показывает, что количество и время быстрого сна точно согласованы с нашим непосредственным окружением, когда нам не нужна терморегуляция. Это также подтверждает, что сон во сне и потеря терморегуляции тесно взаимосвязаны."
Известно, что быстрый сон играет важную роль во многих функциях мозга, таких как консолидация памяти. Быстрый сон составляет примерно четверть общего времени сна. "Эти новые данные предполагают, что функция быстрого сна заключается в активации важных функций мозга именно в те моменты, когда нам не нужно тратить энергию на терморегуляцию, тем самым оптимизируя использование энергетических ресурсов," говорит Шмидт.