Ученые из Университета Тохоку обнаружили необычную особенность работы мозга во время фазы быстрого сна (REM): кровоток и поступление энергетических веществ к мозгу увеличиваются, но при этом уровень АТФ — основного источника энергии клеток — в нейронах снижается. Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Biology (ComBio).
Исследователи наблюдали за мозгом 15 живых мышей с помощью флуоресцентной визуализации. Специальные сенсоры позволили одновременно отслеживать объем крови, уровень пирувата (ключевой составляющей обмена веществ) в астроцитах и концентрацию АТФ в нейронах. Ученые сравнивали состояние животных во время бодрствования, медленного сна и REM-сна.
Примерно за 50 секунд до начала REM-фазы объем крови в мозге начинал резко увеличиваться. После наступления REM-сна кровоснабжение оставалось повышенным, а в астроцитах возрастал уровень пирувата — вещества, участвующего в производстве энергии.
При этом уровень АТФ внутри нейронов заметно падал. Таким образом, большее поступление крови и энергетических субстратов не приводило к увеличению энергетических запасов нервных клеток.
Ученые назвали это «энергетическим парадоксом». Дополнительный эксперимент показал, что простое расширение сосудов с помощью препарата, напротив, повышало уровень пирувата и АТФ в мозге. Это означает, что необычная реакция во время REM-сна связана не только с увеличением кровотока.
Исследователи предполагают, что снижение АТФ может объясняться повышенным потреблением энергии нейронами, изменением передачи энергетических веществ от астроцитов к нейронам, особенностями работы митохондрий или сочетанием этих факторов.
По словам ученых, результаты не означают, что REM-сон является состоянием «энергетического голодания». Скорее, они показывают, что кровоснабжение, обмен веществ и производство энергии в мозге во время сна работают гораздо сложнее, чем считалось.
Пока выводы основаны на экспериментах на мышах. В дальнейшем ученые хотят выяснить, почему во время REM-сна падает уровень АТФ и насколько этот механизм характерен для человеческого мозга.
Ранее была раскрыта истинная природа ночных кошмаров.
