Исследование, опубликованное 31 октября в журнале Science, впервые продемонстрировало, что спинномозговая жидкость мозга пульсирует во время сна и что эти движения тесно связаны с активностью мозговых волн и кровотоком.
«Мы уже давно знаем, что в нейронах присутствуют электрические волны активности», – говорит соавтор исследования Лаура Льюис, доцент кафедры биомедицинской инженерии инженерного колледжа и член факультета Центра системной нейробиологии. "Но раньше мы не осознавали, что в CSF тоже есть волны."
Это исследование также может быть первым исследованием, в котором были получены изображения спинномозговой жидкости во время сна. И Льюис надеется, что однажды это приведет к пониманию множества неврологических и психологических расстройств, которые часто связаны с нарушением режима сна, включая аутизм и болезнь Альцгеймера.
Связь мозговых волн с потоком крови и спинномозговой жидкости также может дать представление о нормальных возрастных нарушениях. Более ранние исследования показали, что поток спинномозговой жидкости и медленноволновая активность помогают вывести токсичные белки, ухудшающие память, из мозга.
По мере того как люди стареют, их мозг часто генерирует меньше медленных волн. В свою очередь, это может повлиять на кровоток в головном мозге и снизить пульсацию спинномозговой жидкости во время сна, что приведет к накоплению токсичных белков и снижению способности памяти.
Хотя исследователи склонны оценивать эти процессы по отдельности, теперь выясняется, что они очень тесно связаны между собой.
Для дальнейшего изучения того, как старение может повлиять на кровоток во сне и спинномозговую жидкость в головном мозге, Льюис и ее команда планируют привлечь пожилых людей для своего следующего исследования, поскольку все 13 субъектов в текущем исследовании были в возрасте от 23 до 33 лет.
Льюис говорит, что они также надеются придумать более благоприятный для сна метод визуализации спинномозговой жидкости. Этим первым 13 испытуемым, надев кепки ЭЭГ для измерения своих мозговых волн, было поручено задремать внутри чрезвычайно шумного аппарата МРТ, что, как может представить любой, кто прошел МРТ, – нелегкий подвиг.
«У нас так много людей, которые действительно рады участвовать, потому что хотят, чтобы им платили за сон», – смеется Льюис. "Но оказывается, что их работа на самом деле – втайне – почти самая сложная часть нашего исследования.
У нас есть все это модное оборудование и сложные технологии, и часто большая проблема заключается в том, что люди не могут заснуть, потому что они находятся в очень громкой металлической трубе, и это просто странная среда."
Но пока она рада, что вообще имеет возможность делать снимки спинномозговой жидкости. По словам Льюиса, одним из самых интересных результатов этого исследования является то, что они могут определить, спит ли человек, просто изучив небольшое количество спинномозговой жидкости при сканировании мозга.
"Это такой драматический эффект", – говорит она. "[Пульсация спинномозговой жидкости во время сна] – это то, о чем мы даже не подозревали, и теперь мы можем просто взглянуть на одну область мозга и сразу же получить данные о состоянии мозга, в котором кто-то находится."
По мере того, как их исследования продолжают продвигаться вперед, у команды Льюиса есть еще одна загадка, которую они хотят решить: как именно наши мозговые волны, кровоток и спинномозговая жидкость так идеально координируются друг с другом? «Мы действительно видим, что нейронные изменения всегда, кажется, происходят сначала, а затем за ними следует кровоток из головы, а затем волна спинномозговой жидкости в голову», – говорит Льюис.
Одно из объяснений может заключаться в том, что, когда нейроны отключаются, им не требуется столько кислорода, поэтому кровь покидает область. Когда кровь уходит, давление в головном мозге падает, и спинномозговая жидкость быстро поступает внутрь, чтобы поддерживать давление на безопасном уровне.
«Но это всего лишь одна возможность», – говорит Льюис. "Каковы причинные связи? Один из этих процессов вызывает другие? Или есть какая-то скрытая сила, которая движет ими всеми?"