Ученые MIT объяснили, почему невыспавшийся мозг теряет фокус: дело в попытке «уборки»

Открытие MIT: Мозг пытается «мыться» на ходу

Невозможность сосредоточиться после бессонной ночи — это не просто субъективное ощущение усталости, а прямое следствие невыполненных во сне «технических работ» в мозге. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружили механизм, объясняющий, почему при дефиците сна концентрация внимания резко падает. Оказалось, что мозг уставшего человека пытается запустить процесс очистки от продуктов жизнедеятельности прямо во время бодрствования, что приводит к кратковременным провалам фокуса.

Как известно, сон необходим для восстановления нейронов и кровеносных сосудов, а также для выведения метаболических отходов, которые накапливаются в течение дня. Этот процесс очистки тесно связан с движением спинномозговой жидкости (ликвора), которая во время фазы глубокого сна активно вымывает «мусор» из мозговой ткани.

Волны очистки во время бодрствования

В ходе своего исследования, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Neuroscience, ученые наблюдали за 26 добровольцами в двух режимах: после полноценного отдыха и после ночи, лишенной сна. Использовалась комбинация методов, включая быструю МРТ для мониторинга кровотока и движения жидкости, ЭЭГ для анализа мозговых волн, а также поведенческие тесты и пупилометрию для оценки бдительности.

Ключевое открытие состояло в следующем: когда участники теряли концентрацию, сканирование показывало прохождение по мозгу волн спинномозговой жидкости с низкочастотными характеристиками, типичными для глубокого сна. По сути, мозг пытался имитировать цикл очищения, который должен был произойти ночью.

«Если вы бодрствуете, волны спинномозговой жидкости начинают влиять на ваше состояние, тогда как обычно вы их не чувствуете. Однако они сопровождаются потерей внимания, внимание ослабевает в те моменты, когда вы чувствуете эти волны движения жидкости», — объясняет Лора Льюис, ученая из Института медицинской инженерии и науки MIT и Исследовательской лаборатории электроники.

Исследователи зафиксировали, что каждый эпизод потери внимания сопровождался выбросом этой очищающей жидкости из мозга, а с восстановлением фокуса жидкость возвращалась обратно. Это смещение фокуса вызывает как приток жидкости, так и временное снижение производительности.

Комплексная реакция организма на недосып

Уставший мозг, пытаясь компенсировать недостаток сна, инициирует каскад физиологических изменений, связанных с этими «микро-отключениями». Было замечено, что провалы внимания у испытуемых сопровождались замедлением дыхания, падением пульса и сужением зрачков примерно за 12 секунд до того, как начинался отток промывающей жидкости.

Нарушения внимания, таким образом, не являются изолированным когнитивным сбоем, а тесно связаны с глобальным нейроваскулярным событием и масштабным перемещением мозговой жидкости. Недостаток сна, по мнению ученых, переводит мозг в субоптимальное состояние внимания, которое проявляется и на уровне динамики жидкостей, и на поведенческом уровне.

Исследователей особенно удивил масштаб этих изменений, затрагивающих весь организм. Лора Льюис отметила, что результаты указывают на существование некоего единого контура управления.

«Эти результаты говорят нам о том, что существует единый контур, который управляет как тем, что мы считаем высокоуровневыми функциями мозга, нашим вниманием, нашей способностью воспринимать мир и реагировать на него, так и такими действительно базовыми фундаментальными физиологическими процессами, как гидродинамика мозга, кровоток по всему мозгу и сужение кровеносных сосудов», — подчеркнула Льюис.

Поиск «Главного Регулятора»

Хотя точный нейронный контур, ответственный за это переключение между вниманием и физиологическими изменениями, еще предстоит определить, ученые выдвигают предположение, что им может быть норадренергическая система.

Эта система использует норадреналин — химический посредник, который регулирует не только внимание и бдительность, но и частоту сердечных сокращений, а также циркуляцию жидкости. Существующие данные свидетельствуют о том, что норадренергическая система естественным образом активизируется во время сна. Эта особенность делает ее наиболее вероятным кандидатом на роль управляющего механизма, который «включает» режим очистки, приводя к кратковременной потере фокуса в состоянии бодрствования при недосыпе.

Практическое значение и контекст

В Латвии, как и во всем мире, проблемы со сном и хронический недосып являются распространенным явлением, ведущим к снижению производительности труда и повышенному риску ошибок в повседневной жизни и на работе. Понимание, что рассеянность после бессонной ночи — это результат попытки мозга срочно «самоочиститься», подчеркивает критическую важность соблюдения режима сна.

Снижение когнитивных функций из-за недостатка сна — это давно известный факт: ухудшается способность к решению проблем, замедляется обработка информации. Однако новое исследование переводит это знание на более глубокий физиологический уровень, объясняя почему это происходит, связывая ментальную функцию с гидродинамикой мозга.

В целом, результаты исследования MIT служат убедительным напоминанием о том, что сон — это не пассивное состояние, а активный и жизненно необходимый процесс для поддержания оптимальной работы самой сложной системы — человеческого мозга.