Клетки мозга могут «спать» и «бодрствовать» in vitro

Нейрон и глия. Фото: Christopher Meade/Shutterstock

Ученые показали, что состояния сна и бодрствования свойственны не только мозгу человека и животных, но могут быть воспроизведены в лабораторных условиях в пробирке. Молекулярные механизмы регуляции этих двух состояний в нейронах и глие in vitro совпадают с контролем нейронных сетей in vivo.

Исследователи охарактеризовали культуру нейронов и глии при разных ситуациях: при развитии «в пробирке», после электрической стимуляции, при добавлении фактора некроза опухолей альфа (TNF) либо TNF вместе с электрической стимуляцией. Результаты показали роль нейронального интерлейкина-1, TNF и молекул АТФ, выделяемых при стимуляции при пребывании клеток в условных состояниях сна и бодрствования.

Электрическая стимуляция уменьшала измеряемые параметры, приводя систему клеток в состояние «бодрствования». Спустя сутки, гомеостаз восстанавливался, причем величина реакции зависела от предшествующего стимула. Добавление TNF вызывало условно более «глубокий сон». Электрическая стимуляция же нивелировала этот ответ и приводила к состоянию «бодрствования».

Исследование – первое свидетельство того, что сон возникает в малых нейронных сетях. «Прежде люди рассматривали сон как феномен функционирования мозга в целом – на основе теорий, которые часто содержат что-то вроде «происхожит чудо, а затем вы засыпаете», – говорит один из авторов исследования, профессор Университета штата Вашингтон (Washington State University) Джеймс Крюгер (James Krueger). В теории авторов исследования нет чудес – только маленькие участки мозга, колеблющиеся между сном и бодрствованием в зависимости от того, насколько активными им пришлось быть накануне.