На щурах випробували лазерний «вимикач» сну

Співробітники Стенфордського університету навчилися вводити щурів у несвідомий стан і виводити з нього впливом на одну і ту ж групу нейронів, йдеться у звіті про дослідження, опублікованому в журналі. З прес-релізом можна ознайомитися на сайті EurekAlert! За словами дослідників, це істотно поліпшило розуміння процесів регуляції сну і бадьорювання.

Під час роботи вчені під керівництвом доцента Чін Хен Лі використовували оптогенетичний підхід для вивчення роботи нейронів таламусу. Таламус - це відділ головного мозку, що проводить сигнали від органів почуттів до кори. Він бере участь у регуляції сну і пильнування, уваги і пам'яті. Оптогенетичний метод полягає в тому, що цікаві дослідників клітини (в даному випадку нейрони) генетично модифікують так, щоб вони експресували світлочутливі іонні канали. За рахунок цього клеки починають сприймати лазерну стимуляцію, і у вчених з'являється інструмент для управління ними.

Збудження лазером нейронів центрального таламусу сплячих мишей з частотою від 40 до 100 імпульсів в секунду викликало негайне пробудження тварин. Вплив на ті ж нейрони з меншою частотою - 10 імпульсів на секунду - викликало глибокий сон, якому передувало порушення свідомості, що нагадує абсанс (форма епілептичних судоріг, при якій пацієнт завмирає з відкритими очима і не реагує на зовнішні подразники).

Проведені під час лазерної стимуляції функціональна МРТ і електроенцефалограма показали, що залежно від частоти імпульсації нейронів таламусу пов'язані з ними відділи мозку (зокрема, соматосенсорна кора) збуджувалися або, навпаки, пригнічувалися. Те, що одні і ті ж нейрони, посилаючи імпульси різної частоти, викликають протилежні реакції інших відділів мозку, виглядало досить незвично.

Подальші експерименти показали, що подібний ефект може бути пов'язаний з незвичайною імпульсацією гальмівних нейронів у сусідньому з таламусом відділі мозку - невизначеному шарі () субталамусу. При низькочастотній стимуляції ці нейрони посилають гальмівні сигнали до інших відділів мозку, чого при високій частоті стимуляції не спостерігається. Коли дослідники заблокували нейрони невизначеного шару, низькочастотна стимуляція таламусу не призводила до придушення сенсорної кори, а, навпаки, стимулювала її.

"Ми з'ясували, як зв'язки в мозку можуть регулювати сон і бадьорювання. Сподіваємося, що ці дані допоможуть удосконалити метододики лікування травм мозку та інших неврологічних порушень ", - підсумувала Лі.

Роль нейронів центрального таламусу в процесах сну і пробудження цікавила дослідників давно через потенціал лікувального впливу на них при станах з мінімальною свідомістю. Однак, незважаючи на одиничний вдалий експеримент з елекстростимуляції таламусу, сучасного розуміння механізмів його роботи недостатньо для розробки універсальної клінічної методики. Робота стенфордських вчених суттєво покращила розуміння цього питання.