Колебания уровня норадреналина сформировали микроархитектуру сна у мышей

Медики из Дании, Китая и США обнаружили, что выброс норадреналина (медиатора бодрствования) у мышей формирует микроархитектуру сна, которая связана с производительностью памяти. Описание влияния выброса норадреналина на фазы сна опубликовано в Nature Neuroscience.

Сонные веретена (сигма-ритм) представляют собой вспышки волн во время естественного сна частотой 10-16 герц, которые сопровождают некоторые этапы медленного сна, появляясь чаще при переходе к фазе быстрого сна, после чего исчезая. Сонные веретена связаны с реактивацией выученной информации и процессом консолидации (стабилизации и закрепления выученного). Непрерывный сон влияет на уровень продуктивности в течение следующего дня, однако также известно, что мимолетные микропробуждения (менее 15 секунд) являются естественной частью микроархитектуры сна.

Переходы из сна в бодрствование связаны с активностью голубого пятна (Locus coeruleus), оно расположено в стволе мозга и оттуда высвобождается нейромедиатор норадреналин, который считается одним из основных медиаторов бодрствования. Голубое пятно также взаимосвязано с процессами памяти, однако до сих пор остается не ясным как именно система выброса норадреналина голубым пятном соотносится с микроархитектурой сна и эффективностью работы памяти.

Команда медиков из Дании, Китая и США под руководством Силии Кьерби (Celia Kjaerby) из Копенгагенского университета решила изучить на мышах влияние колебаний норадреналина на микроархитектуру сна. В первом этапе исследования авторы использовали волоконную фотометрию в совокупности с электроэнцефалографией и электромиографией чтобы одновременно проследить активность голубого пятна и уровень норадреналина в медиальной префронтальной коре во время сна с точностью до секунд.

Регистрация фазы сна и пробуждений показала, что подъем уровня норадреналина соответствовал нарушению активности голубого пятна, в то время как в период активности этой области, уровень норадреналина, наоборот, медленно снижался (примерно каждые 30 секунд с частотой 0.034 ± 0,004 Герц). Амплитуда колебаний норадреналина была в рамках 3,1±0,5 процентов в течение медленного сна и 5,2±1,1 процентов в фазе быстрого сна. Кроме того, авторы выявили, что фазы снижения уровня норадреналина коррелировали с активностью сонных веретен, а фазы увеличения уровня норадреналина резко их обрывали.

В следующем этапе авторы исследовали влияние работы голубого пятна и уровня норадреналина на память мышей. Сначала мышам дали привыкнуть к двум одинаковым объектам в клетке, после чего им дали поспать два часа, причем во время сна исследователи с помощью оптогенетики ингибировали работу голубого пятна у одной группы мышей и активировали ее у другой. Затем мышам давали возможность ознакомиться с объектами, один из которых поменяли: успешность запоминания отслеживали по изменению поведения мышей в отношении нового объекта.

Результаты показали, что увеличение амплитуды снижения уровня норадреналина в процессе ингибирования голубого пятна способствовало появлению сонных веретен и повышало вероятность перехода в фазу быстрого сна, что улучшило эффективность памяти у мышей после пробуждения. Дополнительный анализ выявил, что именно амплитуда колебаний норадреналина, а не длина или частота появления фазы быстрого сна, определяет качество структурирования и закрепления ранее запомненного материала.

Ранее считалось, что голубое пятно снижает свою активность в процессе сна, что сопровождается общим понижением уровня норадреналина. Однако теперь авторы показали, что фазовая активность голубого пятна в течение медленного сна порождает сверхмедленные колебания уровня норадреналина в коре, которые формируют микроархетектуру сна. Они выявили, что фазы повышения уровня норадреналина провоцируют микропробуждения, а фазы снижения — появление сонных веретен и переход в фазу быстрого сна. Кроме того, оказалось, что изменение амплитуды колебаний норадреналина влияет на восстановительные свойства памяти: чем больше амплитуда, тем выше эффективность памяти после сна. Авторы отмечают, что именно воздействие на амплитуду колебаний норадреналина может стать ключом к улучшению сна при его расстройствах.

В прошлых материалах мы также рассказывали о том, какие нейроны контролируют быстрый сон и какую роль норадреналин играет в развитии Альцгеймера. А о том, как бессонница влияет на наш организм, читайте в материале «Хорошо твои слова баюкают».

Анастасия Ляшенко