Ученые из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что нарушение распространения медленных волн в фазе глубокого сна коррелирует с накоплением тау-белка в мозге и ослаблением памяти. О том, как изменяется мозговая активность во сне и какое значение это имеет для исследований болезни Альцгеймера, рассказывают «Известия».
Связь сна и воспоминанийЭпизодическая память позволяет восстановить, где была припаркована машина у магазина, с кем вы разговаривали накануне или как прошёл первый учебный день. Она хранит информацию о жизненных событиях и обстоятельствах, при которых они произошли.
По мере старения подобные воспоминания иногда делаются менее детальными, а усвоение новых сведений ухудшается. При этом степень таких изменений варьируется: у одних людей память остается хорошей, у других возникают ощутимые сложности.
Работа научного сотрудника Центра изучения сна человека Калифорнийского университета в Беркли Омера Шарона и его коллег под руководством Мэттью Уокера посвящена одному из возможных объяснений данных различий. Исследователи рассмотрели, как перемещение медленных волн во сне связано с укреплением воспоминаний и накоплением белка, который участвует в развитии болезни Альцгеймера.
Что происходит в мозге в фазе глубокого снаНочной отдых включает несколько повторяющихся циклов. В них сменяют друг друга сон с быстрыми движениями глаз (REM-сон) и сон без быстрых движений глаз (NREM-сон). Последний имеет три стадии, третья из которых отвечает глубокому сну. Следовательно, весь NREM-сон нельзя рассматривать как одинаково глубокий.
В фазе глубокого сна крупные группы нейронов синхронно переключаются между периодами пониженной активности и возбуждения. На электроэнцефалограмме эти изменения отображаются как медленные волны.
«Каждая медленная волна отражает огромную популяцию нейронов, которые одновременно выключаются и снова включаются», — объяснил Шарон.
Ученые заинтересовались порядком таких событий. Волна способна зарождаться в лобных зонах и затем распространяться на другие участки коры. Как отметил Шарон, для памяти существенно, чтобы изменения активности последовательно затрагивали обширные области мозга. Поэтому специалистов интересовали не только присутствие медленных волн либо их сила, но и степень их скоординированности, а также дальность распространения.
Почему исследователи назвали волны «одинокими»События, которые оставались локальными и плохо распространялись, ученые обозначили как «одинокие волны». Это понятие характеризует специфику электрической активности мозга. У пожилых испытуемых такие волны чаще не выходили за пределы отдельных зон, а не распространялись последовательно по коре. Исследователи проверили, соотносится ли данная особенность с тем, насколько хорошо человек удерживает новую информацию в течение ночи.
По вечерам участникам предлагали упражнения на запоминание словесных ассоциаций, а наутро оценивали, какой объем материала они воспроизвели. Те, у кого медленные волны распространялись хуже и чаще оставались локальными, запоминали меньше изученного материала.
Полученные данные объединили три явления: накопление тау-белка, изменения волновой активности сна и ослабление ночного закрепления воспоминаний. Однако исследование установило статистическую корреляцию, а не причинно-следственную цепочку.
Какую функцию выполняет тау-белокТау-белок имеется в здоровых нервных клетках и участвует в поддержании их внутренней структуры. При болезни Альцгеймера он подвергается патологическим изменениям, отсоединяется от структур, которые в норме стабилизирует, и способен формировать скопления внутри клеток.
Еще один типичный признак болезни — скопление бета-амилоида. Подобные белковые сдвиги считаются важными направлениями изучения болезни Альцгеймера. В данной работе ключевым оказалось накопление аномального тау-белка в лобных зонах — именно там, где нередко зарождаются распространяющиеся медленные волны.
Пожилые участники основной группы не имели диагноза болезни Альцгеймера. Как отметил Шарон, обнаруженные изменения памяти не выходили за рамки возрастной нормы.
«Дело не только в возрасте. Важно, сколько патологии накопилось в лобных областях, где возникают глобальные волны», — отметил исследователь.
Эти данные позволяют исследовать изменения, которые способны возникать до развития явных клинических симптомов. Вместе с тем они не свидетельствуют о том, что у любого участника с накоплением тау-белка непременно разовьется деменция.
Что выявили повторные обследованияНекоторых участников обследовали повторно через несколько лет. У тех, у кого за этот период выросло содержание тау-белка в лобных зонах, нарушилась согласованность медленных волн. Одновременно уменьшилась способность удерживать выученный материал за ночь.
Повторные замеры дали возможность отследить динамику у одних и тех же людей. Это дополнило изначальное сопоставление молодых и пожилых испытуемых.
Тем не менее даже одновременное изменение параметров с течением времени не определяет, какой процесс запускается раньше. Накопление патологического белка может быть связано с расстройствами сна, однако направление этой связи еще предстоит установить.
«Мы видим, что тау и одиночные волны увеличиваются вместе со временем. Пока мы не можем сказать, что возникает первым, — и этот вопрос определит, как мы будем разрабатывать вмешательства», — подчеркнул Шарон.
Зачем потребовался анализ спинномозговой жидкостиДля дополнительной проверки исследователи привлекли независимую группу пожилых людей. Совместно с неврологом Вашингтонского университета в Сент-Луисе Йо-Эль Джу они сравнили характеристики волн сна с данными анализа спинномозговой жидкости.
У этих испытуемых более локальные медленные волны коррелировали с повышенным соотношением тау-белка и бета-амилоида. Аналогичная закономерность проявилась и при ином методе оценки белковых изменений у других участников.
Разные методы предоставляли различную информацию. ПЭТ давала возможность оценить распределение тау-белка по зонам мозга, а анализ спинномозговой жидкости не указывал, в каких конкретно участках он накапливался.
Как отметил Шарон, совпадение результатов в независимой выборке укрепляет доказательную основу. Однако и это остается подтверждением связи, а не окончательным объяснением ее механизма.
Можно ли уберечь память улучшением снаРабота демонстрирует, почему при исследовании памяти необходимо учитывать структуру сна: длительность ночного отдыха не отражает всех особенностей мозговой активности в это время. Вместе с тем авторы не проверяли, способна ли какая-либо терапия восстановить распространение медленных волн, снизить накопление тау-белка или предупредить болезнь Альцгеймера. Для подобных заключений требуются отдельные исследования вмешательств.
Общие советы по длительности сна остаются в силе: взрослым в основном советуют спать от семи до девяти часов каждую ночь. Эта рекомендация касается общего поддержания здоровья и не считается в новом исследовании методом профилактики деменции.
Кроме того, необходимо оценивать, как изменения памяти сказываются на повседневной активности. Согласно сведениям Национального института старения США, эпизодическая забывчивость может быть частью нормального старения. Трудности, мешающие выполнять обычные дела, ориентироваться или пользоваться привычными предметами, нужно обсуждать с врачом.