Циклом сна и бодрствования управляют ионы

То, спит наш мозг или бодрствует, определяется не активностью нейронов, а концентрациями ионов. Об этом сообщает работа, опубликованная 29 апреля в журнале Science. В ходе исследования было установлено, что содержание ионов калия, кальция и магния во внеклеточной жидкости мозга отличается во время сна и бодрствования.

Ученым удалось установить, что активность нейронов не играет решающей роли в засыпании и пробуждении. Нейромодуляторам — веществам, регулирующим активность нейронов, необязательно проникать внутрь нервных клеток, чтобы усыпить или разбудить человека — нужного эффекта можно добиться, всего лишь изменив концентрацию соответствующих ионов.

«Связь между ионами и сном до сих пор не была обнаружена, поскольку исследователи фокусировались в основном на активности нейронов. Исследуя жидкость между нейронами, ученые обнаружили, что содержание в ней ионов калия увеличивается, когда мыши (и, вероятно, люди) бодрствуют, и падает во время сна. С ионами кальция и магния ситуация была противоположной — их содержание в межклеточной жидкости в период сна увеличивалось», — рассказывает нейробиолог Мейкен Недергаард (Maiken Nedergaard).

При введении в мозг грызунов нейромодуляторов, соответствующих бодрствованию, концентрация ионов калия в межклеточной жидкости быстро росла. Этот рост имел место даже тогда, когда ученые подавляли активность нейронов с помощью тетродоксина. Такой результат говорит о том, что вещества, определяющие активность мозга — норадреналин, ацетилхолин, дофамин, орексин и гистамин могут регулировать концентрации ионов без участия нейронов. Механизм такой регуляции в настоящее время остается неясным.

Аналогичные исследования были проведены с использованием наркоза. Когда наркоз давали бодрствующим мышам, содержание ионов калия в межклеточной жидкости их мозга, как и раньше, упало, а концентрация ионов кальция и магния выросла. Когда же находящимся под наркозом мышам ввели «пробуждающий» препарат, концентрация ионов калия резко подскочила, и животные пришли в себя. Однако концентрации ионов кальция и магния падали намного медленнее, что привело к дезориентации животных.

«Мыши совершенно запутались. Они бегали по клеткам и врезались в стенки», — говорит Недергаард.

Эти результаты объясняют, почему сознание людей, очнувшихся после наркоза, нельзя назвать вполне ясным. Причина этого состоит в «нестандартной» концентрации ионов, которая не успела вернуться к уровнями, соответствующим бодрствованию.

«Дальнейшие исследования позволят лучше понять роль ионов в механике сна», — уверена Недергаард.