Исследование австралийских драконов выявило неожиданную связь между контролем моторных систем и ритмами сна
Исследователи из Института исследований мозга Общества Макса Планка получили важные данные о том, как контролируются ритмы сна у рептилии — бородатой агамы (Pogona vitticeps). Работа опубликована в журнале Nature.
У млекопитающих, птиц и некоторых рептилий сон делится на два основных состояния: медленноволновой сон (SWS) и сон с быстрыми движениями глаз (REMS). Чередование SWS и REMS формирует ультрадианный ритм сна.
Восемь лет назад группа под руководством директора Института Макса Планка Жиля Лорана обнаружила REM-подобное состояние у бородатой агамы. Это открытие позволило предположить, что REM-сон может быть древним признаком, общим для рептилий, птиц и млекопитающих (амниот), существовавшим у их общего предка 320 миллионов лет назад.
У ящерицы REM-сон длится примерно столько же, сколько и SWS — около одной минуты за цикл. Это создает 200–250 циклов сна за ночь, что позволило исследователям изучить механизмы смены состояний мозга во время сна.
Центральный генератор паттернов контролирует состояния сна
Ученые обнаружили, что особенности ультрадианного ритма сна ящерицы соответствуют работе центрального генератора паттернов (CPG) — специализированных нейронных цепей, генерирующих ритмичные моторные команды, такие как ходьба или дыхание.
«Эта идея CPG для сна была совершенно контр-интуитивной, потому что CPG контролируют моторную активность, тогда как сон характеризуется почти полным ее отсутствием», — отмечает Жиль Лоран.
Исследователи обнаружили у сна агамы ключевые признаки CPG: фазозависимый сброс и втягивание (entrainment). Краткие световые импульсы, направленные на закрытые глаза спящих животных, надежно сбрасывали цикл REM-SWS.
Частично независимое чередование сна и состояний сна
Ученые также выяснили, что этот ритм может изменяться, даже когда животные бодрствуют. Это говорит о том, что лежащие в его основе цепи могут активироваться при определенных условиях.
«Это важно, потому что предполагает, что сон и чередование между SWS и REMS являются по крайней мере частично независимыми», — добавляет Лоренц Фенк.
Кроме того, исследователи обнаружили, что, хотя чередование SWS и REMS происходит в обоих полушариях мозга, ритм можно сбросить и изменить только с одной стороны. После такой односторонней пертурбации ритмы сна в обоих полушариях быстро повторно синхронизируются. Это указывает на существование двух CPG — по одному для каждой стороны мозга, которые должны быть взаимосвязаны для синхронизации.
Эти открытия связывают нейронные цепи, традиционно ассоциируемые с моторной активностью, с регуляцией состояний сна, когда тело находится в покое. Они также поднимают важные вопросы об эволюции сна и могут помочь в поиске ответа на один из главных вопросов: как и для чего возник сон?