Люди билатерально симметричны. Таким образом, наш мозг состоит из двух половин, называемых полушариями, которые сообщаются друг с другом с помощью специализированных волоконных трактов, проходящих по средней линии. В то время как каждое полушарие имеет дело с чувствами (зрением, слухом, осязанием) и моторным контролем противоположной стороны тела, мы, как правило, не осознаем этого разделения функций благодаря постоянной межполушарной связи. У людей два полушария также специализированы для выполнения определенных функций: например, языковые области обычно находятся в левом полушарии.
Большинство животных (птицы, рептилии, земноводные, рыбы, насекомые, моллюски и др.) так же, как и люди, билатерально-симметричны и обладают билатерально-симметричным мозгом. Изучая сон рептилий, австралийский дракон Pogona vitticeps, Лоренц Фенк, Луис Рикельме и Жиль Лоран из Института исследований мозга им. Макса Планка во Франкфурте, Германия, сообщают в журнале Nature , что во время одной фазы сна две половины мозга погоны конкурируют друг с другом. друг с другом таким образом, что одна сторона навязывает свою активность другой, пока доминирующее полушарие не переключится на другую сторону, чередуясь взад и вперед в течение ночи.
Лоренц Фенк поясняет: «Сон у погоны делится на два состояния, подобные описанным у млекопитающих, в том числе у людей: фаза так называемого медленноволнового сна, когда электроэнцефалограмма показывает низкочастотные волны — отсюда и название — и фаза медленного сна. вторая фаза, называемая БДГ (быстрое движение глаз) или парадоксальный сон, когда ЭЭГ напоминает ЭЭГ, записанную во время бодрствования (отсюда «парадоксальная»), а глаза имеют тенденцию совершать резкие движения под веками (отсюда БДГ), в то время как тело иначе парализован».
У людей сон начинается с длинной медленноволновой фазы (около 60 минут), за которой следует 5-10 минут БДГ, и этот чередующийся цикл начинается снова, 5-7 раз за ночь. С течением ночи доля быстрого сна увеличивается в каждом цикле сна. У Погоны цикл сна намного короче (менее 2 минут), а два состояния сна равны по продолжительности (каждое по 45-60 секунд) на протяжении всей ночи. Дракон проходит 250-350 таких циклов сна каждую ночь, регулярно чередуя свои версии медленного и быстрого сна.
Записав активность нейронов одновременно в одной и той же области (называемой клауструмом) на двух сторонах мозга погона, ученые обнаружили, что каждая сторона работает независимо от другой во время медленной фазы сна. Однако, к их удивлению, обе стороны стали точно синхронизированы во время БДГ, но с очень короткой задержкой в 20 миллисекунд (миллисекунда — это тысячная доля секунды) между левым и правым полушариями. Что еще более удивительно, они обнаружили, что сторона, опережающая другую на 20 мс, переключается в среднем один раз за цикл сна между левой и правой сторонами.
Сравнивая интенсивность сигналов, зарегистрированных в левой и правой клауструме во время БДГ, они также заметили, что сторона с более сильной активностью, как правило, была ведущей. Это — вместе с другими доказательствами, представленными в их статье — предполагает, что две части мозга конкурируют друг с другом во время быстрого сна, но не во время медленного сна, и что при конкуренции более сильная сторона навязывает свою активность другой. Эта форма соревнования называется «победитель получает все».
Интересно, что хотя левая и правая стороны берут на себя ведущую роль примерно одинаковое время в течение ночи (около половины циклов сна каждая), переключение между сторонами не происходит точно с каждым циклом сна. Кроме того, переключение между сторонами стало менее частым в последние часы ночи, когда одна сторона доминировала над другой в течение многих циклов сна, прежде чем уступить доминирование другой, опять же в течение многих последовательных циклов.
«Это указывает на существование и взаимодействие нескольких цепей контроля сна, каждая из которых имеет разные временные шкалы, и на систематическую эволюцию некоторых из этих временных шкал в течение ночи; это предполагает, что какие бы функции сон ни выполнял у этих животных, могут быть задействованы разные механизмы. играть рано и поздно ночью, с разными последствиями», — говорит Лоран.
Пытаясь понять, как два полушария мозга взаимодействуют и конкурируют друг с другом во время быстрого сна, ученые обнаружили, что это соперничество было связано не с прямым взаимодействием между левой и правой клаустрами, а скорее с цепями, обнаруженными дальше в мозгу. , на стыке среднего и заднего мозга. Эти так называемые истмические цепи обнаружены у всех позвоночных, включая млекопитающих и человека, и особенно хорошо изучены у птиц. Там было показано, что они важны для определенных форм зрительного внимания у бодрствующих птиц (сов и голубей). Повредив компонент этих истмических цепей только на одной стороне мозга Pogona, Фенк и его коллеги смогли отменить регулярное переключение доминантной стороны.
Хотя компоненты схемы, участвующие в этом исследовании (клауструм, средний мозг и перешеек), существуют у млекопитающих, включая людей, пока неизвестно, происходят ли аналогичные конкурентные взаимодействия во время быстрого сна у людей. Механизмы и функции сна сложны и до сих пор плохо изучены у любого животного. Эти новые результаты у рептилий добавляют новый уровень сложности к важным вопросам динамики и функций сна.
