Сон без сна: ученые научили мышей «высыпаться» наяву и улучшили их память

Сон — не просто отдых, а критически важный процесс восстановления мозга. Во время медленного сна (NREM), который занимает 75–80% всего ночного отдыха, кора головного мозга демонстрирует характерную активность: большие группы нейронов синхронно «включаются» и «выключаются» с частотой несколько раз в секунду. Согласно гипотезе синаптического гомеостаза, именно эти циклы помогают «подчищать» нейронные связи, усиливая важные и ослабляя ненужные, что необходимо для закрепления памяти.

Как заставить мозг «спать» наяву

Ученые задались вопросом: можно ли запустить те же восстановительные процессы без погружения в сон? Для этого они использовали генетически модифицированных мышей. В одно полушарие мозга грызунам вживили двусторонний силиконовый зонд, позволяющий одновременно регистрировать активность нейронов и управлять ею с помощью света (оптогенетика). Второе полушарие служило контролем — там запись велась в обычном режиме.

Животных удерживали в бодрствовании пять часов, постоянно давая им новые объекты для изучения. Чтобы вызвать «соноподобные» колебания, нейробиологи применили два подхода: в одном случае активировали тормозные нейроны, «успокаивающие» соседние клетки; в другом — возбуждающие нейроны временно «выключали» светом. В результате небольшой участок коры начинал ритмично переходить от активности к затишью, имитируя дельта-ритм (0,5–4 Гц), характерный для NREM-сна.

Память сохранилась без сна

После стимуляции мышам дали уснуть. Записи показали, что стимулированная область коры почти не демонстрировала признаков «потребности во сне» — организм как будто уже провел часть восстановительных процедур. Чтобы проверить влияние на память, команда Чирелли провела тест на распознавание новой текстуры. Мышей помещали в контейнеры с одинаковым покрытием, давали 15 минут на изучение, а затем разделили на три группы: одной позволили спать, вторую лишили сна, а у третьей во время бодрствования вызывали оптогенетическую стимуляцию. На следующий день в контейнере половину пола заменили на новый материал.

Обычно мыши активно исследуют новизну. Лишенные сна животные почти не реагировали на изменения, тогда как спавшие грызуны проявляли нормальный интерес. Мыши с искусственной «соноподобной» активностью вели себя так же, как группа сна: они дольше изучали новый участок, что свидетельствует о сохранении памяти. Уровень восстановления оказался сопоставим с полноценным сном.

Ученые отмечают, что подобные механизмы могут встречаться в природе — у животных с однополушарным сном (дельфины, утки, морские котики), когда одно полушарие находится в NREM-состоянии, а второе бодрствует.

Следующий шаг — испытания на людях

Исследователи планируют проверить технологию на добровольцах, используя неинвазивную транскраниальную электрическую стимуляцию — метод, не требующий хирургического вмешательства. Если эксперимент удастся, это может открыть путь к новым способам коррекции памяти и восстановления мозга без необходимости сна, хотя до практического применения еще далеко.