Мозг послушал сердцебиение в фазу быстрого сна

Швейцарские нейрофизиологи выяснили, что во время фазы быстрого сна усиливается нейронный ответ на сердцебиение, в то время как ответ на внешние звуковые стимулы прогрессивно снижается. На основе этого открытия они разработали индекс, позволяющий оценивать степень угнетенности сознания у людей в коме. Исследование опубликовали в Current Biology.

Головной мозг непрерывно обрабатывает как информацию из внешней среды, так и стимулы от самого организма. Однако, как меняется этот баланс при бодрствовании и сне, изучено плохо. Хорошая возможность заполнить пробел в этих знаниях — изучить фазу быстрого сна (REM-сна), так как по ЭЭГ она напоминает бодрствование и сопровождается сновидениями, но явные поведенческие реакции на внешние стимулы отсутствуют.

Кроме того, фаза быстрого сна не является однородной. Она постоянно чередуется между двумя подфазами: тонической и фазической. Первая характеризуется мышечной атонией и относительной физиологической стабильностью, а во время второй, напротив, происходят быстрые движения глаз, кратковременные мышечные подергивания, изменяются дыхание и сердечный ритм. Чувствительность к внешним стимулам постепенно снижается при переходе от бодрствования к тонической фазе быстрого сна и далее к фазической фазе, где она достигает минимума.

Этим постепенным переходом и решили воспользоваться нейрофизиологи во главе с Марцией де Лучиа (Marzia de Lucia) из Университета Лозанны для того, чтобы сравнить нейронный ответ на внешние слуховые стимулы с реакцией на внутренние сигналы. В эксперименте с помощью ЭЭГ записали мозговую активность у 25 добровольцев во время сна на протяжении двух ночей и во время бодрствования. Затем ученые сравнили электрические потенциалы, возникающие в ответ на звуковые стимулы, с потенциалами, вызванными сердцебиением, в периоды бодрствования и на различных стадиях сна. Оказалось, что по мере ослабления нейронного ответа на стимулы из окружающей среды (во время перехода от бодроствования к фазическому REM-сну) усиливается ответ на сердцебиение, то есть внутренние сигналы. 

Ученые также придумали, как открытие может помочь в практической медицине, и создали аудио-кардио индекс, отражающий состояние сознания. Он определяется отношением слуховых нейронных ответов к сердечным. Таким образом, чем меньше этот индекс, тем менее мозг восприимчив к стимулам извне. Показатель можно будет использовать для оценки степени угнетенности сознания в ситуациях, когда человек не способен активно коммуницировать, например в коме.

Быстрый сон контролируют нейроны в области моста мозга. Открытие совершили японские ученые, изучив строение мозга мышей, начиная с эмбриональной стадии его развития.