На крысах испытали лазерный «выключатель» сна

Сотрудники Стэнфордского университета научились вводить крыс в бессознательное состояние и выводить из него воздействием на одну и ту же группу нейронов, говорится в отчете об исследовании, опубликованном в журнале eLife. С пресс-релизом можно ознакомиться на сайте EurekAlert!. По словам исследователей, это существенно улучшило понимание процессов регуляции сна и бодрствования.

В ходе работы ученые под руководством доцента Чин Хён Ли использовали оптогенетический подход для изучения работы нейронов таламуса. Таламус – это отдел головного мозга, проводящий сигналы от органов чувств к коре. Он принимает участие в регуляции сна и бодрствования, внимания и памяти. Оптогенетический метод состоит в том, что интересующие исследователей клетки (в данном случае нейроны) генетически модифицируют так, чтобы они экспрессировали светочувствительные ионные каналы. За счет этого клеки начинают воспринимать лазерную стимуляцию, и у ученых появляется инструмент для управления ими.

Возбуждение лазером нейронов центрального таламуса спящих мышей с частотой от 40 до 100 импульсов в секунду вызывало немедленное пробуждение животных. Воздействие на те же нейроны с меньшей частотой – 10 импульсов в секунду – вызывало глубокий сон, которому предшествовало нарушение сознания, напоминающее абсанс (форма эпилептических судорог, при которой пациент замирает с открытыми глазами и не реагирует на внешние раздражители).

Проведенные во время лазерной стимуляции функциональная МРТ и электроэнцефалограмма показали, что в зависимости от частоты импульсации нейронов таламуса связанные с ними отделы мозга (в частности, соматосенсорная кора) возбуждались или, наоборот, угнетались. То, что одни и те же нейроны, посылая импульсы разной частоты, вызывают противоположные реакции других отделов мозга, выглядело весьма необычно.

Дальнейшие эксперименты показали, что подобный эффект может быть связан с необычной импульсацией тормозных нейронов в соседнем с таламусом отделе мозга – неопределенном слое (zona incerta) субталамуса. При низкочастотной стимуляции эти нейроны посылают тормозные сигналы к другим отделам мозга, чего при высокой частоте стимуляции не наблюдается. Когда исследователи заблокировали нейроны неопределенного слоя, низкочастотная стимуляция таламуса не приводила к подавлению сенсорной коры, а, напротив, стимулировала ее.

«Мы выяснили, как связи в мозге могут регулировать сон и бодрствование. Надеемся, что эти данные помогут усовершенствовать метододики лечения травм мозга и других неврологических нарушений», — заключила Ли.

Роль нейронов центрального таламуса в процессах сна и пробуждения интересовала исследователей давно из-за потенциала лечебного воздействия на них при состояниях с минимальным сознанием. Однако, несмотря на единичный удачный эксперимент по элекстростимуляции таламуса, современного понимания механизмов его работы недостаточно для разработки универсальной клинической методики. Работа стэнфордских ученых существенно улучшила понимание этого вопроса.

Олег Лищук