Розовый шум во время сна усилил движение жидкости которая очищает мозг
Исследователи Массачусетского технологического института показали, что короткие импульсы «розового шума», подаваемые в определённый момент во время сна, способны усиливать волны спинномозговой жидкости, проходящие через мозг. Эти волны участвуют в удалении продуктов клеточного обмена и могут быть связаны с восстановительными процессами во время сна.
В течение дня в мозге накапливаются различные продукты обмена веществ, включая молочную кислоту и повреждённые или отработавшие белки. Во время сна спинномозговая жидкость движется волнами и способствует удалению этих веществ. Учёные решили проверить, можно ли усилить этот процесс воздействием на электрическую активность мозга.
Предыдущие исследования показали, что движение спинномозговой жидкости тесно связано с медленными электрическими волнами мозга, характерными для глубоких стадий сна. В 2019 году группа под руководством профессора MIT Лоры Льюис разработала метод наблюдения за такими потоками с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии и обнаружила связь между медленными волнами и движением жидкости.
В новом эксперименте исследователи попытались искусственно усилить медленные волны мозга с помощью звука. Для этого использовались импульсы розового шума длительностью 50 миллисекунд. Такой шум содержит все слышимые человеком частоты, однако низкие частоты в нём выражены сильнее, а высокие — слабее, поэтому он воспринимается мягче белого шума и может напоминать звук дождя или далёкого водопада.
Ключевым условием было точное время подачи звукового сигнала. Импульс необходимо было воспроизводить в момент, когда медленная электрическая волна мозга приближалась к своему пику. Льюис сравнила этот принцип с раскачиванием человека на качелях: если толкнуть их в правильный момент, амплитуда движения увеличивается.
Чтобы определить подходящий момент, исследователи одновременно регистрировали электрическую активность мозга с помощью электроэнцефалографии и измеряли движение спинномозговой жидкости методом функциональной МРТ. Совместить эти методы было сложно, поскольку магнитное поле томографа создаёт сильные помехи в сигналах ЭЭГ.
Команда разработала систему обработки, способную удалять помехи от МРТ менее чем за 100 миллисекунд. Дополнительно был создан алгоритм, который прогнозировал наступление пика следующей медленной волны и позволял воспроизводить импульс розового шума в нужный момент.
Метод испытали на 14 здоровых добровольцах. Звуковые сигналы были достаточно тихими, чтобы не будить участников. Наблюдения показали, что правильно синхронизированный розовый шум увеличивал амплитуду медленных электрических волн мозга и одновременно усиливал связанные с ними волны спинномозговой жидкости.
Данные функциональной МРТ также помогли уточнить возможный механизм этого процесса. Медленные волны сопровождались сужением и расширением кровеносных сосудов мозга. Эти изменения объёма крови действуют подобно насосу и способствуют движению спинномозговой жидкости. Такие медленные волны возникают во время фазы сна без быстрых движений глаз и становятся особенно выраженными на её глубоких стадиях.
По словам Лоры Льюис, исследователям впервые удалось целенаправленно увеличить амплитуду волн спинномозговой жидкости во время сна у здоровых взрослых. Это создаёт возможность проверить, может ли усиление такого движения жидкости иметь клиническое значение.
Учёные планируют выяснить, способна ли технология улучшать качество и восстановительный эффект сна у людей с бессонницей. Отдельное направление исследований связано с памятью и когнитивными функциями, однако в нынешней работе улучшение памяти или умственных способностей не проверялось.
Особый интерес представляет возможное применение метода при нейродегенеративных заболеваниях. Болезнь Альцгеймера и некоторые другие формы деменции сопровождаются накоплением в мозге патологических белков, включая бета-амилоид и тау-белок. Исследователи предполагают, что усиление процессов удаления отходов из мозга потенциально может влиять на скорость такого накопления, но эту гипотезу ещё необходимо проверить в клинических исследованиях.
Ведущий автор работы Джошуа Левитт отметил, что эффективное удаление продуктов обмена особенно важно при заболеваниях, связанных с накоплением белковых отложений. Он основал компанию, которая планирует разработать устройство для домашнего использования, например специальную повязку на голову, способную отслеживать сон и подавать звуковой сигнал в нужный момент.
Следующим этапом станет проверка технологии у людей с нарушениями сна и нейродегенеративными заболеваниями. Учёным также предстоит выяснить, приводит ли увеличение амплитуды волн спинномозговой жидкости непосредственно к более эффективному удалению вредных веществ из мозга и даёт ли это измеримые преимущества для здоровья.
Исследование в журнале Science Translational Medicine.