Зрачок как окно в спящий мозг: взгляд под веки показывает, что происходит больше, чем предполагалось ранее
Впервые исследователи смогли наблюдать, как реагируют зрачки во время сна в течение нескольких часов. Взгляд под веки показал им, что во время сна в мозге происходит больше, чем предполагалось ранее. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications .
Наши глаза обычно закрыты, когда мы спим . Однако под нашими закрытыми веками происходит бурная деятельность: группа исследователей под руководством главных исследователей Каролин Люстенбергер, Сары Мейсснер и Николь Вендерот из Лаборатории нейронного контроля движения в Швейцарской высшей технической школе Цюриха заметила, что размер зрачка постоянно колеблется во время сна. Иногда он увеличивается, иногда уменьшается; иногда эти изменения происходят в течение нескольких секунд, а иногда в течение нескольких минут.
«Эта динамика отражает состояние возбуждения или уровень активации мозга в областях, которые отвечают за регуляцию 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 зрачка показывают, что даже во время сна мозг постоянно переключается между более высоким и более низким уровнем активации.
Эти новые результаты также подтверждают в отношении людей 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 старой тайны
Области мозга, которые контролируют уровень активации, расположены глубоко в стволе мозга, что ранее затрудняло прямое измерение этих процессов у людей во время сна. Существующие методы технически сложны и еще не были разработаны в этом контексте.
Поэтому исследование исследователей ETH опирается на измерения 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 из ETH разработали новый метод изучения изменений зрачков людей во время сна: с помощью специальной клеевой техники и прозрачного пластыря им удалось держать глаза испытуемых открытыми в течение нескольких часов.
Голубое пятно регулирует различные области мозга (розовые стрелки). Графики справа показывают длительность и тип фаз сна (белый) и колебания размера зрачка (сине-зеленый), которые происходят во время них. Кредит: M. Carro-Dominguez, ETH Zurich / Biorender
«Наше главное беспокойство заключалось в том, 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, разработавший эту методику.
Анализ 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 в размере зрачка.
Центральным регулятором уровня активации является небольшая область в стволе мозга, известная как голубое пятно. Ученым удалось показать, что у животных это важно для регуляции стадий сна и бодрствования. Исследователи ETH не смогли доказать в этом исследовании, действительно ли голубое пятно напрямую отвечает за изменения зрачка.
«Мы просто наблюдаем изменения зрачков, связанные с уровнем активации мозга и сердечной деятельностью», — объясняет Люстенбергер.
В последующем исследовании ученые попытаются повлиять на активность голубого пятна с помощью лекарств, чтобы изучить, 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 важные сведения для диагностики и лечения расстройств 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 исследовать в будущем», — говорит Люстенбергер.
Другая цель — сделать технологию применимой за пределами лабораторий сна, например, в больницах, где она могла бы помочь контролировать бодрствование пациентов в коме или более точно диагностировать нарушения сна. Таким образом, зрачок как окно в мозг может проложить путь для новых возможностей в медицине сна и нейронауке.