Убаюкивание удлинило глубокий сон и улучшило память взрослых людей
Швейцарские ученые выяснили, что убаюкивание (ритмичные покачивания кровати во время сна с частотой 0,25 Герца) улучшает качество сна взрослых людей за счет удлинения последней фазы глубокого сна. Также они выяснили, что покачивания положительно влияют на процесс перехода воспоминаний из кратковременной памяти в долговременную. Статья опубликована в журнале Current Biology.
Во время сна порог восприятия сенсорных стимулов повышается: к примеру, для того, чтобы проснуться, нужен очень громкий шум или очень яркий свет, в то время как легкий шепот и тусклая лампа могут не подействовать. При этом нельзя говорить о том, что восприятие полностью отключается; напротив, некоторые исследования показывают, что воздействие различной стимуляции (чаще всего — акустической) в определенном ритме во время сна помогает синхронизировать мозговую активность нескольких участков мозга, «выравнивая» ее. Это, в свою очередь, может улучшить качество сна и процесс консолидации памяти (переход воспоминаний из кратковременной в долговременную память) — но данных, подтверждающих это, не так много.
В новой работе ученые под руководством Авроры Перро (Aurora Perrault) из Университета Женевы решили проверить, как на активность мозга взрослых людей и зависящие от нее процессы сна и памяти влияют убаюкивания — ритмичные покачивания из стороны в сторону с единой частотой (в этой работе, на основе предыдущих исследований, ученые использовали 0,25 Герца). Они провели месячный эксперимент, в котором приняли участие 18 добровольцев: каждому из них необходимо было провести три ночи в лаборатории с подключенными электроэнцефалографом и электроокулографом.
Первая ночь была контрольной. Через неделю после нее добровольцы провели в лаборатории экспериментальную ночь, в течение которой механизм, раскачивающий кровать, был подключен, но не работал. Еще через неделю после этого добровольцы спали в лаборатории на кровати с уже включенным механизмом. В качестве теста на память каждому добровольцу необходимо было перед началом второй и третьей ночи выучить 46 пар несвязанных между собой слов: количество запомненных пар проверялось сразу после обучения, а также по окончании ночи сна.
Проанализировав данные, ученые выяснили, что покачивание во время сна приводило к тому, что участники быстрее входили в фазу глубокого сна и оставались в ней дольше: об этом говорит, к примеру, меньшее количество пробуждений за ночь при покачивании и то, что последняя, третья фаза глубокого сна была на семь минут длиннее, когда кровать участников раскачивали.
Медленная фаза сна характеризуется двумя основными типами мозговой активности на энцефалограмме: активностью в сигма-ритме (от 10 до 16 Герц) и медленными осцилляциями (частота менее 1 Герца). Такая активность должна происходить синхронно: верхний пик медленной осцилляции должен совпадать с пиком сигма ритма. Ученые выяснили, что использование покачивания во время сна не нарушило такую синхронизацию, но увеличило частоту активности в сигма-ритме и медленных осцилляций. За счет этого, как считают ученые, улучшился процесс консолидации памяти: после ночи, проведенной на раскачивающейся кровати, участники вспомнили больше слов в сравнении с первой проверкой сразу же после обучения.
Ученые, таким образом, показали, что убаюкивание во время сна помогает не только улучшить его качество, но и положительно влияет на происходящие во время него когнитивные процессы. Авторы уверены, что полученные результаты в будущем помогут в разработке различных методик, помогающих при бессоннице, в особенности — для пожилых людей, которые страдают не только нарушениями сна, но и нарушениями работы памяти.
В том же номере Current Biology вышла и другая статья при участии авторов настоящей работы: в ней вы можете прочитать о том, как ученым впервые удалось проверить влияние покачиваний на улучшение качества сна у мышей.
Елизавета Ивтушок
Впрочем, лишь на 4-6 дней
Европейские микробиологи обнаружили у почвенной бактерии Bacillus subtilis способность к хранению информации о смене дня и ночи. Если содержать бактерий в условиях 24-часовых суток, то у них устанавливался суточный цикл экспрессии ytvA — белка, чувствительного к синему свету. После смены режима освещения перестройка экспрессии ytvA происходила не мгновенно: признаки предыдущего цикла «день-ночь» сохранялись еще 4-6 дней. Чем ярче был свет днем, тем короче становился период колебаний экспрессии ytvA после перехода с режима «день-ночь» на полную темноту — так же ведут себя и некоторые циркадные ритмы человека. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Наиболее хорошо изучены циркадные ритмы, регулирующие поведение, рост и развитие эукариот. Но похожие внутриклеточные сигнальные пути описаны и у фотосинтетических прокариот, для метаболизма которых освещенность критически важна. Более того — в последние годы следы похожих систем находят в геномах и протеомах архей и бактерий, неспособных к фотосинтезу. Пока неизвестно, как устроены и для чего нужны такие системы прокариотам, неспособным к фотосинтезу. Марта Мерров (Martha Merrow) с коллегами-микробиологами из университетов Дании, Нидерландов, Великобритании и Германии описали циркадный ритм, связанный с регуляцией ответа на стресс у сапрофитной почвенной бактерии Bacillus subtilis. У бактерии есть несколько разновидностей фоточувствительных пигментов, от которых сигнал через цепочку посредников сходится на белках семейства Rsb. Они влияют на экспрессию более 200 генов, опосредующих ответ на осмотический, температурный, окислительный стресс и на действие антибиотиков. Основной пигмент, отвечающий за детекцию синего света у B. subtilis — белок ytvA. Ученые получили два штамма «дикого типа» B. subtilis и модифицировали их таким образом, чтобы бактерии синтезировали люциферазу вместе с белком ytvA (таким образом, клетки флуоресцируют прямо пропорционально уровню экспрессии ytvA). На первом этапе микробиологи в течение пяти суток растили культуры бактерий в условиях двенадцатичасового дня (монохроматический синий свет с длиной волны 450 нанометров) и двенадцатичасовой ночи (полная темнота). После того, как бактерии «привыкали» к такому режиму, их на неделю оставляли в темноте. Как и ожидали ученые, в первой фазе эксперимента активность ytvA падала спустя полчаса после включения синего света и плавно нарастала в темное время суток. Но во второй фазе колебания не исчезли, а их период растянулся до 29,4-30,2 часов, в зависимости от штамма. У культур B. subtilis, выросших без света, тоже были обнаружены колебания экспрессии ytvA с периодом 26-31 дня. Затем ученые решили посмотреть, как меняется активность ytvA при изменении продолжительности цикла «день-ночь». Как и в первой части экспериментов, сначала бактерии росли в условиях двенадцатичасовых периодов света и темноты. Но через пять дней ученые сокращали цикл в два или три раза. Поначалу после смены режима у бактерий сохранялся 24-часовой паттерн экспрессии ytvA, а рост активности гена в ответ на дополнительные периоды тьмы был менее выраженным. Но уже спустя пять дней бактерии «переучивались» на новый режим света и тьмы. Во время эксперимента ученые обнаружили у бактерий эффект, описанный в хронобиологии как «правило Ашоффа»: чем больше интенсивность освещения днем, тем короче становятся циркадные циклы в темноте у дневных организмов. При росте освещенности с 0,1 до 60 микроэйнштейнов на квадратный метр в секунду период колебаний падал в среднем с 27,5 ± 1,9 до 24,1 ± 0,7 часа. Ранее правило Ашоффа было описано в экспериментах на птицах и арабидопсисе, но не у прокариот. Открытие микробиологов показывает: сложно устроенные и зарегулированные циркадные ритмы распространены шире, чем считалось ранее. Впрочем, пока неизвестны белки, управляющие экспрессией фоточувствительного ytvA, и неясно, какие эволюционные преимущества дает бактериям такая регуляция. Авторы предполагают, что фоторецепторы, активирующие ответ на стресс, могут быть нужны почвенным организмам для регуляции для снижения интенсивности метаболизма на большой глубине. Подробнее о циркадных ритмах у представителей разных царств живой природы читайте в нашем материале «Ход часов лишь однозвучный», а о роли синего света в их регуляции — в материале «Только синь сосет глаза».