Голубиные мозговые желудочки наполнились ликвором во время медленного сна

Исследователи из Германии и Франции изучили сон голубей. С помощью фМРТ и отслеживания движения глаз они выяснили, что у птиц, как и у млекопитающих, активность мозга выше во время быстрой фазы сна, а вот поток ликвора через мозг гораздо интенсивнее во время медленной. Это может означать, что их мозг очищается от продуктов обмена веществ так же, как и мозг млекопитающих. Работа опубликована в Nature Communications.

Лимфатическая система нужна для транспорта иммунных клеток, а еще — для очищения клеток и тканей организма от продуктов обмена веществ. Эта система пронизывает все тело, но не заходит вглубь мозга, хотя в нем тоже накапливается множество метаболитов, которые должны как-то выводиться. Долгое время было не очень ясно, как именно это происходит.

В 2012 году исследователи из Рочестерского университета описали глимфатическую систему — механизм, с помощью которого мозг мышей очищается от токсичных метаболитов, например, от излишков бета-амилоида. Спинномозговая жидкость (иначе — ликвор) поступает в желудочки мозга, затем выходит в периваскулярные пространства вокруг артерий, оттуда попадает в паренхиму мозга, где соединяется с тканевой жидкостью, которая и содержит в себе ненужные метаболиты. Затем ликвор выводится из мозга через параваскулярные пространства вокруг вен и попадает в лимфатические сосуды. В этом участвуют астроциты и белковые каналы в них — аквапорины-4. Что важно, происходит все это во сне, поэтому спать большинству животных жизненно необходимо.

Глимфатическая система наверняка есть у мышей, собак, коз и обезьян, и скорее всего — у остальных млекопитающих. У людей на фМРТ поток спинномозговой жидкости через мозг увеличивается во время медленного сна, что предположительно свидетельствует о работе глимфатической системы.

Однако неизвестно, играет ли сон ту же роль у других позвоночных. У птиц, например, тоже есть быстрая и медленная фаза сна, а еще в их астроцитах есть необходимые для глимфатической системы каналы аквапорины-4. Янина Унгурян (Gianina Ungurean) из Института биологического интеллекта имени Макса Планка и ее коллеги из Германии и Франции научили пятнадцать голубей спать в лабораторных условиях — пока их голова зафиксирована, а сканер фМРТ шумит. Ученые хотели посмотреть, как сон меняет активность мозга птиц.

Голубей снимали на камеру, чтобы затем по движению глаз отследить фазу сна. Эпизоды, когда оба века закрыты, но глаза, зрачки, а иногда и клюв быстро двигаются, относили к быстрому сну (его еще называют сном с быстрым движением глаз). Веки птиц полупрозрачные, и зрачки через них хорошо видно. Во время медленного сна глаза и клюв были неподвижны.

В среднем за один сон у птиц было по 85 периодов медленного сна и по 72 периода быстрого — это примерно в 20 раз больше, чем бывает за ночь у человека. Во время быстрого сна активным было множество сенсорных сетей мозга, включая зрительные области, а еще — мозжечок, гипоталамус, и лимбическая система. Это может говорить о том, что птицы, как и млекопитающие, во время быстрой фазы сна видят сновидения (например, о полете).

Во время медленного сна активность была локализована в основном в системе желудочков. Это, скорее всего, отражало приток спинномозговой жидкости в мозг — как это происходит у млекопитающих. Но когда быстрый сон переходил в медленный, сигнал притока ликвора в мозг резко снижался, но в это время увеличивалась общая активность мозга. Причем эти изменения сильно коррелировали друг с другом — графики получились почти зеркальными.

Когда птицы бодрствовали, поток спинномозговой жидкости через мозг тоже уменьшался, но не так сильно, как во время быстрой фазы сна.

Таким образом, то, что происходит в мозге птиц во время сна, очень похоже на то, что происходит во сне с мозгом людей. Так, активация зрительных и других областей мозга во время быстрого сна может говорить о том, что птицам снится полет. Но пока это лишь предположение ученых.

Еще авторы предположили, что и быстрый сон может участвовать в очищении мозга птиц от ненужных метаболитов. В то время как поток ликвора через мозг во время быстрого сна снижается, приток крови в мозг — увеличивается. И сильнее всего он увеличивается в начале фазы быстрого сна. Таким образом мозг может очищаться как через глимфатическую систему, так и, хотя бы частично, с кровотоком.

Если это так, разделение сна на много коротких быстрых и медленных фаз (вместо нескольких длинных), по мнению авторов, может быть эволюционной стратегией птиц: так очищение мозга от метаболитов становится более эффективным.

Ранее мы рассказывали, что всего одна бессонная ночь увеличивает количество бета-амилоида в мозге и тау-белка в крови. И о том, что у людей, которые в 50–60 лет спали ночью менее семи часов, риск деменции был выше.