Исследователям из Университета Уэйна (США) удалось увидеть формирование мозга у плода во время внутриутробного развития. Для этого с помощью фМРТ они сканировали мозг у 25 зародышей в промежутке между 24-й и 38-й неделями развития. Каждый сеанс длился 10 минут, и время для этого выбиралось так, чтобы плод был относительно спокоен.

Ультразвуковой портрет плода на первом триместре внутриутробного развития (фото Kittroid).Исследователей интересовали в первую очередь две вещи — место и время появления межнейронных связей. В статье, опубликованной в Science Translational Medicine, авторы пишут, что формирование соединений начиналось с середины мозга, то есть с регионов, расположенных ближе всего к границе полушарий, и затем распространялось по всему мозгу. Плотность и количество связей увеличивались примерно в половине из сорока двух исследованных зон, но в течение всего эксперимента в мозгах развивающихся плодов сохранялся градиент между серединой и краями. То есть интенсивность образования связей по мере отдаления от границы полушарий постепенно затухала.

Значение подобного рода исследований понятна: если мы будем знать, как развивается мозг зародыша, то поймём происхождение психоневрологических патологий, таких как аутизм и шизофрения. Возникает вопрос, почему это не изучали до сих пор. Но сканирование чувствительно к движениям, а заставить плод лежать спокойно нет никакой возможности. И на этот раз исследователи, похоже, нашли способ обойти эту проблему: они создали алгоритм, который позволяет устранить помехи, вызванные движением, и уменьшить число снимков, требуемых для воссоздания достоверной картины.

Сейчас авторы работы приступили к похожему, но более масштабному проекту. Они задались целью проанализировать развитие мозга у ста человеческих эмбрионов, находящихся на разных стадиях развития. Причём в планах учёных проследить судьбу мозга вплоть до рождения и далее, до зрелого возраста, ведь только так удастся точно понять, какие особенности в развитии приводят к формированию здорового мозга, а какие — к появлению патологий.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Дедлайн, маленький ребёнок, ночь в клубе — бывают причины, по которым люди не высыпаются. И небольшая группа исследователей решила найти способ выжать максимум из небольшого количества сна, но с помощью новейших технологий, а не медикаментов. 

Фазы сна (здесь и ниже инфографика NewScientist.)Если у них получится, они подарят человечеству альтернативный маршрут к источнику вечной юности. 

отя науке пока не удалось прийти к единому мнению о том, почему мы спим, сложилось довольно чёткое представление, как мы это делаем. Во время сна в мозге происходят сложные изменения. Некоторые из них можно наблюдать с помощью электроэнцефалографа и размещённых на черепе электродов, которые отслеживают электрическую активность мозга. Ваша ночь разбита на несколько циклов, состоящих из четырёх этапов. Для здорового сна 90-минутный цикл следует повторить пять или шесть раз. Лишь 5% людей могут позволить себе четырёхчасовой сон. 

Некоторые из этапов особенно сильно связаны с конкретными функциями. Первый считается границей между сном и бодрствованием. Его продолжительность в среднем от 5 до 15 минут, а назначение — подготовить организм к следующему этапу. «Своего рода въезд на главную дорогу», — поясняет невролог Крис Берка из фирмы Advanced Brain Monitoring. 

Переход ко второй стадии иногда нарушается так называемым гипнагогическим подёргиванием, когда мышцы расслабляются неправильно и внезапно возникает чувство падения. Но оставим это в стороне. Если вы решили немного вздремнуть, то просыпайтесь после второй фазы, которая занимает около двадцати минут. Мышцы отдохнули, внимание восстановилось, вы чувствуете себя обновлённым. 

Если вы спите мало, скажите до свидания своим когнитивным способностям.Третий этап — это период «медленного сна». По малопонятным ещё причинам существует устойчивая связь между этой стадией и некоторыми восстановительными механизмами. Например, именно в это время шишковидной железой вырабатываются гормон роста, стимулирующий ремонт костной и мышечной ткани, и пролактин, регулирующий иммунную систему. И в этой фазе проснуться труднее всего. Нельзя ложиться на 45 минут: вы подниметесь с отвратительным самочувствием и настроением. Продолжительность третьей фазы варьируется. В первом цикле за ночь она может продлиться около часа, а затем уменьшаться и даже заменяться четвёртой фазой — стадией быстрого движения глаз, когда к нам приходит большинство сновидений. 

Как правило, наша стратегия ночного отдыха заключается в том, чтобы завести проклятый будильник на определённое время, не обращая внимания на фазы сна. Результатом подобного небрежения, а также банального недосыпа становятся снижение внимания, тупость и прочие радости. (Ежегодно нехватка сна вызывает 100 тыс. ДТП в США. 31% американских водителей хотя бы раз засыпал за рулём.) Этот эффект мы компенсируем употреблением стимуляторов, самым популярным из которых остаётсякофеин. Это помогает, но лишь на несколько часов. Кроме того, кофеин подчиняется закону убывающей эффективности. 

В конце 1990-х появилась чудодейственная, казалось бы, замена кофеину — модафинил. Но чуда не произошло, и вскоре выяснилось, что его действие эквивалентно нескольким чашкам кофе. Хотя модафинил разлагается медленнее и поэтому его можно принимать реже, кофеин остался королём из-за цены и вкуса. К тому же модафинил отпускался только по рецептам. 

В любом случае никакие стимуляторы не способны предотвратить гораздо более тревожный эффект депривации сна. Однажды сотрудники Чикагского университета (США) не давали крысам спать. Большинство скончалось через 21 день. И в прошлом году удалось наконец-то выяснить причину такой реакции. Продержав добровольцев без сна в течение 29 часов, исследователи из Университета Суррея (Великобритания) обнаружили у них повышение уровня белых кровяных клеток, как будто эти люди были ранены. Иными словами, потеря сна отрицательно влияет на способность организма к борьбе с инфекциями. (Кстати, рекорд бодрствования составляет 11 суток.) 

Следует опасаться не только единовременного лишения сна, ибо даже умеренный дефицит, с которым в течение рабочей недели сталкивается большинство людей, накапливается. Анализ 15 исследований, которые охватили 470 тыс. человек старше 25 лет, проведённый специалистами Уорикского университета (Великобритания) показал, что спать меньше пяти часов в сутки — это прямая дорога к повышению риска сердечно-сосудистых заболевания, диабета, инсульта и даже рака. Ни один стимулятор не может заменить сон. 

Но Нэнси Уэзенстен из Военного института Уолтера Рида (США) и её коллеги полагают, что от шестичасового сна можно добиться того же эффекта, что и от восьмичасового, средствами современных технологий.

Учёные уже не первый год размышляют над идеей сжатия сна за счёт извлечения наименее важных его стадий. В 2008 году появились намёки на то, что это фазы самого глубокого сна. Например, препараты, улучшающие этап медленного сна, значительно сокращали у добровольцев усталость и другие побочные эффекты, даже если они спали всего пять часов. К сожалению, испытания пришлось прекратить, когда выяснилось, что препарат вызывал нежелательные психиатрические последствия. 

Г-жа Уэзенстен предлагает вместо этого обратиться к физиотерапевтической стимуляции мозга. Она посвятила жизнь солдатам, от которых порою требуется принять решение за доли секунды. И никому нет дела до того, сколько спал служивый. Поэтому участники боевых действий привыкают отключаться на один–два часа всякий раз, когда выпадает такая возможность. Так вот, как говорит г-жа Уэзенстен, вторую стадию можно сжать всего до трёх минут и проснуться свежим, даже если спал всего ничего. 

Очень часто причиной беспокойного сна становится сознание того, что спать придётся недолго. И если человек будет знать, что он выспится, несмотря ни на что, это станет большим подспорьем. 

Управление перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA) одарило г-жу Берка грантом на решение этой проблемы без лекарств. Результатом стало устройство Somneo — толстая мягкая маска, которая закрывает щёки, уши и бóльшую часть черепа. В районе глаз расположен нагревательный элемент: исследования показали, что потепление лица выступает сигналом ко сну. Тем самым первая фаза сна форсируется и занимает на две минуты меньше. «Пусть это не много, но всё же этого снижения удалось добиться без снотворного, и то хорошо», — говорит г-жа Берка. 

Электроэнцефалограф, встроенный в маску, отслеживает изменения в стадиях сна. Запрограммируйте её на 20 минут, и она начнёт отсчёт только в тот момент, когда вы уснёте. Если вы приближаетесь к третьей фазе, но ясно, что времени на эту стадию вам не хватит, срабатывает будильник. Но забудьте о кошмарном трезвоне: маска даст синий цвет, который будет постепенно светлеть, подавляя тем самым мелатонин, гормон сна. 

ЭЭГ поможет устройству убедиться в том, что вы не проснётесь в самый неподходящий момент, но, к сожалению, Somneo не умеет манипулировать мозговыми волнами, продолжая ваш сон или вводя в более глубокие фазы. Этим займётся техника транскраниальной стимуляции постоянным током, которая предполагает подведение слабого тока к дорсолатеральной префронтальной коре при выравнивании работы мозга в рамках цикла сна и бодрствования. 

Исследователи из Любекского университета (ФРГ) уже показали, что таким образом можно сдвигать фазы сна. Им удалось увеличить стадию медленного сна за счёт коротковолновой «лёгкой» фазы без побочных эффектов. В последующих тестах добровольцы даже продемонстрировали улучшение тех видов памяти, которые кодируются во время медленного сна. Больше никакой разницы с контрольной группой не замечено. 

Более того, та же техника может обратить сон вспять. В последующем исследовании та же группа учёных смогла перевести медленный сон в более лёгкую фазу, характерную для второго этапа. 

Миновать первую и вторую фазы пока не получается. Но тут поможет ещё одна техника — транскраниальная магнитная стимуляция. Она настолько сильна, что неврологам Университета штата Висконсин в Мэдисоне (США) удавалось сразу вызвать глубокий сон. Магнит индуцирует низкочастотные импульсы в соответствующей части мозга. 

Этот метод требует громоздкого оборудования, к тому же некоторые добровольцы испытывали дискомфорт от лежания внутри магнитной машины и не могли заснуть. Но главное — показана сама возможность немедленного глубокого сна, что экономит человеку по крайней мере 20 минут. Вычтем это из каждого цикла (напомним: за ночь мы переживаем их несколько), и получится, что вполне возможно спрессовать восемь часов в шесть без потери эффективности. В год жизнь человека вырастет таким образом на несколько недель. Разве это не удивительно? 

Тут, конечно, следует спросить: насколько безопасны такие технологии при постоянном использовании? И не заставят ли нас работать больше в случае широкого распространения подобных устройств? 

Наверное, пока всё-таки стоит говорить о том, что в первую очередь измученному человечеству надо помочь со здоровым сном, ведь сон, как было неоднократно показано, оказывает огромное влияние на состояние психики и на то, как мы стареем. С этой точки зрения устройства вроде Somneo — то, что доктор прописал. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА