Ви коли-небудь задавались питанням, що відбувається всередині вашого мозку, коли ви залишаєтесь не спати день, ніч та інший день, перш ніж нарешті заснути? Ну, ми щойно дізнались.

Це був відомий багато років те, наскільки ми сонливі, наскільки добре ми можемо скласти цифри, звернути увагу або виконати завдання з робочою пам’яттю, залежить від того, скільки часу ми прокинулися і від часу доби. Зазвичай, якщо ми не спимо протягом двох днів (вдень, вночі, а потім наступного дня), перші 16 годин або близько того перебувають у стані неспання - продуктивність хороша і не сильно змінюється.

Але потім, коли ми входимо в «біологічний нічний час», про що свідчить підвищення гормону мелатоніну, продуктивність швидко погіршується і досягає мінімуму приблизно о 6-8 ранку наступного ранку. На другий день продуктивність може стати дещо кращою (але все -таки значно нижчою за показники першого дня) і повернеться до нормальних базових рівнів лише після хорошого сну.

Ключова характеристика цієї шкали продуктивності полягає в тому, що вона не погіршується лінійно залежно від того, скільки часу ви прокинулися, а замість цього модулюється за часом доби. Насправді, тепер ми знаємо, що наслідок втрати сну викликає не “час доби”, а “внутрішній біологічний час доби”. Отже, на поведінковому рівні функція мозку визначається спільним впливом добової ритмічності та гомеостазу сну - тиску сну, який наростає під час неспання і розсіюється під час сну.

Циркадний ритм

Циркадна ритмічність може спостерігатися у багатьох аспектах поведінки та фізіології та породжується циркадними годинниками майже в кожній клітині мозку та тіла. Локально ці ритми генеруються за допомогою петлі зворотного зв’язку годинникових білків на тактові гени, які виражають генетичну інформацію, яка потім переводиться в білки

Усі ці годинники, включаючи годинники мозку, синхронізуються центральним директором/провідником, розташованим у зоні мозку, яка називається супрахіазматичним ядром у гіпоталамусі. Ця ділянка мозку також впливає на ритм мелатоніну в крові та слині.

Тож як ця сумісна дія циркадної ритмічності та гомеостазу сну діє? Що ж, протягом біологічного дня циркадний годинник генерує сигнал тривоги або неспання, який стає сильнішим у міру проходження дня і досягає максимальної сили ввечері. Це може здатися дещо парадоксальним, але з плином дня цей сигнал повинен посилюватися, тому що тиск сну також зростає, чим довше ми прокидаємось - тому щось повинно тримати нас настороженими.

Але коли ми входимо в біологічну ніч, циркадний сигнал, що сприяє неспанню, розсіюється і перетворюється на сигнал, що сприяє сну, з максимальною силою приблизно о 6-8 ранку. Знову ж таки, це може здатися дещо парадоксальним, але за нормальних умов, коли ми спимо вночі, це стане в нагоді, оскільки сигнал, що сприяє сну, дозволяє нам продовжувати добре спати навіть після шести -семи годин, коли тиск сну розпався.

Однак проблеми виникають, коли ми не спимо вночі та наступного дня. Вночі тиск сну залишається високим і навіть зростає, оскільки ми не спимо. Циркадний сигнал більше не протистоїть цьому тиску, і ми намагаємось не спати і виступати. Наступного дня циркадний годинник, який все ще тикає, спали ми чи ні, знову починає просувати сигнали неспання, тому стає трохи легше виконувати і не спати.

Як це виглядає в мозку?

Це все нормально і має сенс. Дійсно, ця робоча модель є загальноприйнятою з того, що ми бачили, що відбувається, коли справа стосується поведінки. Але як виглядає ця спільна дія добового ритму та гомеостазу сну в людському мозку

Наша команда дослідників з Університету Льежа та Університету Суррей відсканувала мозок 33 людей за допомогою функціональної магнітно -резонансної томографії (фМРТ) - яка дає детальну картину рівнів нейронної активності в усьому мозку - які були позбавлені сну два дні і після періоду відновлення сну. Ми також виміряли рівень мелатоніну, щоб мати хороший показник внутрішнього біологічного часу, який залежить від людини. Наші результати такі опубліковано в Science.

Для кожного учасника було отримано 13 зображень мозку під час виконання простого завдання часу реакції. Дванадцять знімків мозку були зібрані під час недосипання, що характеризується тими швидкими змінами, які раніше спостерігалися для роботи у вечірній та ранковий час. Тринадцяте зображення було зроблене після відновлення сну.

Діяльність у кількох областях мозку і, зокрема, в підкіркових областях (наприклад, у таламусі, великому центрі передачі інформації до кори), проходила за 24-годинною ритмічною (циркадною) схемою, час якої, як не дивно, змінювався в різних областях мозку. Інші області мозку - зокрема лобові ділянки мозку, включаючи області асоціації вищого порядку -показали зниження активності з часом пробудження з наступним поверненням до рівня недосипання після сну для відновлення. У деяких регіонах мозку виявлявся малюнок, який являв собою поєднання ритмічного малюнка та зниження, пов'язаного з часом пробудження.

Що ще більш дивно, ці наслідки втрати сну на діяльність мозку були набагато більш поширеними, коли учасники виконували просте завдання часу реакції порівняно зі складнішим завданням, що залежить від пам’яті.

Все це означає, що втрата сну та добовий ритм впливають на різні області мозку по -різному, і загалом результати демонструють як поширеність цих ефектів, але й подібність та локальний характер цих впливів.

Різноманітність реакцій мозку показує, наскільки складні механізми, за допомогою яких мозок реагує на втрату сну. Це допомагає нам зрозуміти, як мозок може підтримувати працездатність вдень і вночі. Ці результати можуть заспокоїти працівників зміни і людей, які працюють дуже довго, намагаючись приділити увагу і зосередитися на своїй роботі, особливо в ранкові години. Так, ваш мозок вночі буде відрізнятися, ніж вдень. Вони також припускають, що якщо ви працюєте допізна, можливо, краще завершити це, поспати і почати знову вранці.

Це може навіть допомогти нам краще зрозуміти, чому багато симптомів у психіатричних та нейродегенеративних станах зростають і слабшають, і чому рано вранці після ночі без сну ми намагаємось утримати увагу, тоді як ввечері це не проблема.

про автора

Дерк-Ян Дейк, професор сну та фізіології та директор Дослідницького центру сну Суррей, Університет Суррей

П'єр Маке, директор з досліджень, циклотронних досліджень, Université de Liège

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда. Читати оригінал статті.

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon