Сон с быстрым движением глаз (БДГ) — это стадия цикла сна, во время которой обычно происходят яркие сновидения. Эта решающая фаза сна, характеризующаяся расслаблением мышц, быстрыми движениями глаз, учащенным сердцебиением и нерегулярным дыханием, связана с консолидацией воспоминаний и обработкой эмоций.
Исследователи из Пенсильванского университета недавно провели исследование, изучающее роль префронтальной коры (ПФК), передней части внешнего слоя мозга, в регуляции быстрого сна. ПФК содержит различные важные области мозга, которые регулируют мышление, действия, эмоции, сложное планирование, процессы памяти, обучение и другие жизненно важные функции.
«Исследования на людях показали, что медиальная префронтальная кора у людей сильно активируется во время быстрого сна», — рассказал Medical Xpress Франц Вебер, один из исследователей, проводивших исследование. «Мы задались вопросом, является ли эта активация просто следствием подкорковых цепей, контролирующих быстрый сон, или же активность самой mPFC играет роль в регуляции быстрого сна».
В рамках своего недавнего исследования, опубликованного в журнале Nature Neuroscience , Вебер и его коллеги решили определить, способствуют ли кортикальные нейроны запуску быстрого сна. Для этого они провели два разных эксперимента на спящих мышах.
В первом эксперименте исследователи использовали таргетные методы для экспрессии светозависимых ионных каналов (т.е. каналродопсина) в нейронах mPFC. Это позволило им определить, что происходит, когда эти нейроны активируются на короткие периоды времени, особенно во время сна мышей.
«Мы обнаружили, что почти каждый раз, когда мы освещали mPFC для активации нейронов во время медленного сна, мышь переходила в фазу быстрого сна», — объяснил Вебер. «Вторым важным экспериментом был мониторинг активности нейронов mPFC. Мы использовали визуализацию кальция, экспрессируя флуоресцентный индикатор кальция в нейронах mPFC. Используя этот метод, мы могли затем отображать активность нейронов mPFC во время сна».
Экспериментальная техника, используемая Вебером и его коллегами, отображает активность нейронов на основе концентрации в них кальция. Когда нейроны активируются, концентрация кальция в них возрастает, что, в свою очередь, усиливает флуоресценцию индикатора кальция, который они использовали.
Другими словами, чем более активны нейроны, тем ярче они будут выглядеть. Наблюдения исследователей подтвердили роль нейронов PFC в фазе быстрого сна, поскольку большое количество этих нейронов сильно активировались, когда мыши вступали в эту стадию сна.
«Одним из ключевых выводов нашего исследования является то, что кора головного мозга действительно играет роль в регуляции быстрого сна», — сказал Вебер. «Большинство распространенных моделей контроля быстрого сна предполагали, что это состояние мозга в первую очередь регулируется подкорковыми нейронами в гипоталамусе и стволе мозга. Во-вторых, мы обнаружили, что активность mPFC во время быстрого сна также регулирует фазовый сон, подстадию быстрого сна, характеризующуюся быстрые движения глаз (причина названия сна « быстрое движение глаз »)».
Недавние результаты, полученные Вебером и его командой, описывают нейронную цепь, включающую кору и гипоталамус, которая, по-видимому, регулирует быстрый сон. Поскольку нарушение регуляции активности нейронов ПФК и нарушения сна связаны с психическими расстройствами , их результаты также могут иметь клиническое значение.
Например, прошлые исследования показали, что вентромедиальная префронтальная кора , которая выполняет ту же роль, что и mPFC мыши в человеческом мозге , гиперактивирована у людей с диагнозом депрессия. Поскольку команда обнаружила, что повышенная активность нейронов mPFC увеличивает количество быстрых движений глаз во время сна мышей, их результаты могут, среди прочего, послужить основой для разработки методов обнаружения и лучшего понимания депрессии с использованием моделей быстрого сна.
«Мы обнаружили, что активация mPFC увеличивает количество быстрых движений глаз (во время быстрого сна), тогда как ингибирование mPFC имеет противоположный эффект», — добавил Вебер. «Таким образом, общая активность mPFC может коррелировать с количеством быстрых движений глаз во время быстрого сна. Другими словами, наблюдение быстрых движений глаз может служить окном в активность префронтальной коры и может предоставить информацию о потенциальных отклонениях в его деятельность».
