Во время глубокого сна большие популяции нейронов коры головного мозга и подкорковых структур головного мозга одновременно излучают электрические импульсы. Это медленные колебания, которые перемещаются в виде "волн" нейронной активности от одной точки к другой в коре головного мозга каждые одну-четыре секунды.
«Эта глобальная ритмическая активность, контролируемая корой головного мозга, связана с отсутствием сознания», – говорит Мави Санчес-Вивес, директор группы нейробиологических систем в Институте биомедицинских исследований им.
Августа Пи-и-Суньер (IDIBAPS, Барселона), чьи исследования команда предположила, что это стандартная активность корковых цепей.
Эти колебания укрепляют память и синаптическую пластичность, а также поддерживают метаболические и клеточные функции.
В рамках проекта European SloW Dyn (Slow Wave Dynamics), который возглавляет нейробиолог, исследователи обнаружили различия в этой мозговой активности у здоровых мышей и мышей с когнитивным снижением, сходным с болезнью Альцгеймера из-за преждевременного старения.
«Мы обнаружили уменьшение частоты колебаний, которые также были более нерегулярными и имели более низкую высокочастотную составляющую от 15 до 100 герц», – отмечает Санчес-Вивес, также из Каталонского института исследований и перспективных исследований (ICREA).
В исследовании, опубликованном в журнале Frontiers in Aging Neuroscience, подчеркивается, что некоторые из этих изменений также были зарегистрированы у пациентов с болезнью Альцгеймера, по этой причине, по мнению авторов, животная модель может помочь в изучении болезни.
Причина или следствие болезней
Связь между медленными колебаниями и нейродегенеративными заболеваниями двоякая. Когда возникают патологии, нарушающие корковые цепи, они часто отражаются в нарушении медленных волн. «Мы изучаем, что эти изменения говорят нам об измененных основных механизмах», – говорит исследователь.
Кроме того, волновые изменения, вероятно, будут связаны с проблемами со сном, что может повлиять на развитие заболевания. «Например, если периоды медленного сна нарушены, это может отрицательно повлиять на когнитивные функции, такие как внимание и память», – отмечает Санчес-Вивес.
Чтобы измерить эти колебания, ученые используют ЭЭГ, которые регистрируют активность мозга человека во время сна.
В рамках проекта SloW Dyn эксперты будут измерять волны тысяч людей и выяснять, как они меняются с возрастом. Инструменты, которые они разработали для этой цели, представляют собой инструмент, регистрирующий активность мозга, и приложение.
«Это предоставит обширную информацию о составе сна, синхронизации активности мозга и аномалиях, которые могут возникнуть в результате старения или определенных патологий», – подчеркивает ученый. Исследователи надеются, что эти записи также дадут им подсказки о терапевтическом потенциале восстановления медленных волн, когда они нарушены.
Отключение сознания
SloW Dyn получил финансирование на сумму более 660 000 евро и продлится 36 месяцев.
В настоящее время международный консорциум находится на полпути к этому периоду. Одна из конечных целей – разработать модель, которая математически описывает эти колебания и, таким образом, позволяет делать прогнозы.
«Мы пытаемся понять феномен, который, хотя и кажется очень простым, способен отключать сознание», – резюмирует Санчес-Вивес.
В проекте под руководством IDIBAPS также участвуют Университет Помпеу Фабра (Барселона), Итальянский технологический институт, Чикагский университет (США), Национальный центр научных исследований (Франция) и компания Rythm (Франция).
В рамках Horizon 2020 – рамочной программы финансирования исследований в Европейском союзе – SloW Dyn является частью проекта Human Brain Project, одной из флагманских инициатив по исследованиям будущего и новых технологий (FET Flagships).