Как мозг управляет сном и бодрствованием: обзор механизмов

Сон — не просто «выключение» мозга. В нём участвуют несколько групп нейронов (нервных клеток), которые выделяют разные химические сигналы — нейромедиаторы. Системы бодрствования находятся в стволе мозга, гипоталамусе и базальном переднем мозге. Когда они активны, на электроэнцефалограмме (ЭЭГ — запись электрической активности мозга) видны быстрые низкоамплитудные волны — это признак бодрствования.

Сон наступает, когда эти системы тормозятся. Торможение вызывают «факторы сна», накапливающиеся при бодрствовании, например аденозин и оксид азота, а также ГАМК-ергические нейроны в преоптической области гипоталамуса. В результате на ЭЭГ появляются медленные высокоамплитудные волны. Так начинается медленноволновой (NREM) сон, который экономит энергию мозга и помогает закреплять память, меняя силу связей между нейронами.

Быстрый сон (REM) возникает при взаимодействии нейронов ствола мозга, выделяющих ацетилхолин, моноамины и ГАМК. Они управляют глутаматергическими нейронами ретикулярной формации, что приводит к мышечной атонии (мышцы расслабляются), быстрым движениям глаз, сновидениям и активации коры. Во время REM сильно активны лимбические области, что связывают с регуляцией эмоций.

Генетические исследования показывают, что механизмы бодрствования и NREM-сна очень похожи у разных животных — они сохранились в ходе эволюции, значит, крайне важны для работы мозга. Нарушение сна мешает восстановительным функциям NREM и REM, вызывает проблемы с дыханием и сердцем, меняет эмоциональные реакции и ухудшает внимание, память и принятие решений.