Ученые раскрыли, что происходит с глазами во время сна

Во время сна глаза у людей закрыты, однако под закрытыми веками происходит бурная деятельность. Группа исследователей под руководством Каролин Люстенбергер, Сары Мейсснер и Николь Вендерот из Лаборатории нейронного контроля движения в Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH) заметила, что размер зрачка постоянно колеблется во время сна. Иногда он увеличивается, иногда уменьшается, иногда эти изменения происходят в течение нескольких секунд, а иногда они разворачиваются в течение нескольких минут.

«Эта динамика отражает состояние возбуждения или уровень активации мозга в областях, которые отвечают за регуляцию сна и бодрствования, — говорит Люстенбергер. — Эти наблюдения противоречат предыдущему предположению о том, что, по сути, уровень возбуждения во время сна низкий».

Вместо этого эти колебания размера зрачка указывают на то, что даже во время сна мозг непрерывно переключается между более высокими и более низкими уровнями активации. Эти результаты также подтверждают у людей то, что другие исследовательские группы недавно наблюдали в исследованиях на грызунах, где были обнаружены медленные колебания уровней активации (известные как возбуждение). Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Области мозга, которые контролируют уровень активации, расположены глубоко в стволе мозга, что ранее затрудняло прямое измерение этих процессов у людей во время сна. Существующие методы технически сложны и еще не были разработаны в этом контексте. Поэтому исследование ETH основано на измерениях зрачков. Известно, что зрачки указывают на уровень активации, когда человек бодрствует. Поэтому их можно использовать в качестве маркеров активности в областях, расположенных глубже в мозге.

Исследователи из ETH разработали новый метод изучения изменений зрачков людей во время сна: с помощью специальной клеевой техники и прозрачного пластыря им удалось держать глаза испытуемых открытыми в течение нескольких часов.

«Наше главное беспокойство заключалось в том, что испытуемые не смогут спать с открытыми глазами. Но в темной комнате большинство людей забывают, что их глаза все еще открыты, и они могут спать», — объясняет ведущий автор исследования Мануэль Карро Домингес, разработавший эту методику.

Анализ данных показал, что динамика зрачка связана не только с различными стадиями сна, но и с определенными паттернами мозговой активности, такими как веретена сна и выраженные волны глубокого сна — мозговые волны, которые важны для консолидации памяти и стабильности сна. Исследователи также обнаружили, что мозг реагирует на звуки с разной степенью интенсивности в зависимости от уровня активации, что отражается в размере зрачка.

Центральным регулятором уровня активации является небольшая область в стволе мозга, известная как голубое пятно. Ученым удалось показать, что у животных это важно для регуляции стадий сна и бодрствования. Исследователи ETH не смогли доказать в этом исследовании, действительно ли голубое пятно напрямую отвечает за изменения зрачка. «Мы просто наблюдаем изменения зрачка, которые связаны с уровнем активации мозга и сердечной деятельностью», — говорит Люстенбергер.

В последующем исследовании ученые попытаются повлиять на активность голубого пятна с помощью лекарств, чтобы изучить, как это влияет на динамику зрачков. Они надеются выяснить, действительно ли эта область мозга отвечает за контроль зрачков во время сна, и как изменения в уровне активации влияют на сон и его функции.

Понимание динамики зрачков во время сна также может дать важные сведения для диагностики и лечения расстройств сна и других заболеваний. Поэтому исследователи хотят выяснить, могут ли изменения зрачков во время сна указывать на дисфункции системы возбуждения. К ним относятся такие расстройства, как бессонница, посттравматическое стрессовое расстройство и, возможно, болезнь Альцгеймера. По словам Люстенбергера, это всего лишь гипотезы, которые они хотят исследовать в будущем.

Другая цель — сделать технологию применимой за пределами лабораторий сна, например, в больницах, где она могла бы помочь контролировать бодрствование пациентов в коме или более точно диагностировать нарушения сна. Таким образом, зрачок как окно в мозг может проложить путь для новых возможностей в медицине сна и нейронауке.

Ранее новая терапия стволовыми клетками CALEC продемонстрировала 92-процентный показатель успешности в регенерации роговицы и восстановлении зрения. Эта прорывная процедура все еще экспериментальная, но обещает огромные перспективы для тех, у кого ранее не поддавались лечению травмы глаз.