«Сон имеет решающее значение для выживания и поддержания здоровья, а расстройства сна нарушают многие функции мозга и тела, такие как сложное мышление, иммунную систему и консолидацию памяти», — говорит Криста Ван Дорт, доктор философии из отделения анестезии MGH, Critical Care and Pain Medicine и Департамент мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института, ведущий автор статьи PNAS. «Естественный сон состоит из чередующихся циклов медленного и быстрого сна, каждый из которых дает разные преимущества. Существующие средства для сна не восстанавливают эффективно нормальную физиологию или время сна и в результате не выполняют важные функции естественного сна. разрабатывая новые стратегии для воспроизведения естественного сна, мы должны понимать контроль каждого компонента в отдельности и в сочетании ».Несколько предыдущих исследований на животных показали, что холинергические нейроны в двух областях ствола головного мозга — латеродорсальном покрытии (LDT) и pedunculopontine tegmentum (PPT) — играют важную роль в REM-сне, но другие исследования дали противоречивые результаты. И LDT, и PPT имеют популяции нейронов, которые выделяют нейротрансмиттеры, отличные от ацетилхолина, некоторые из которых также активны во время быстрого сна.
Чтобы получить более точное представление о роли холинергических нейронов в фазе быстрого сна, исследователи использовали оптогенетику — метод активации определенных популяций нейронов с помощью света.В экспериментах с мышами, генетически модифицированными для экспрессии светочувствительного белка во всех холинергических нейронах, исследователи обнаружили, что активация холинергических нейронов во время не-REM-сна холинергических нейронов либо в LDT, либо в PPT увеличивает вероятность того, что животные войдут в REM-сон.
Активация LDT или PPT также увеличивала количество эпизодов REM-сна, но не их продолжительность, подразумевая, что различные механизмы лежат в основе инициирования и поддержания REM-сна.«Каждая стадия сна дает разные преимущества — например, глубокий сон без быстрого сна ассоциируется с чувством отдохнувшего, а быстрый сон важен для обучения, — поэтому улучшение нашего понимания областей мозга, которые контролируют каждое состояние сна, является важным — важный первый шаг на пути к воспроизведению естественного режима сна », — говорит Ван Дорт, инструктор по анестезии в Гарвардской медицинской школе. «Сейчас мы исследуем, как холинергическая система соединяется с другими областями мозга, которые также важны для регуляции не-REM-сна».«Открытия Кристы имеют важное значение не только для понимания сна, но и для понимания того, как мозг контролирует уровень возбуждения в целом», — говорит старший автор Эмери Браун, доктор медицинских наук, отделения анестезии, интенсивной терапии и медицины боли MGH, — профессор анестезии Уоррена Запола в Гарвардской медицинской школе и профессор медицинской инженерии Массачусетского технологического института.
Поддержка исследования включает гранты Национального института здравоохранения DP1-OD003646, TR01-GM104948 и T32-HL07901.