Новое исследование показало, что сон можно определить по паттернам активности мозга, которые длятся всего лишь миллисекунды. Эти открытия были опубликованы в журнале Nature Neuroscience.
Благодаря мощным методам и новым вычислительным подходам нейробиологи могут достичь многого, пересмотрев вопрос о том, что такое состояние. Было удивительно обнаружить, что различные части нашего мозга действительно дремлют.
Исследователи работали с данными электрофизиологии мышей. Они записали электрические сигналы мозговой активности и наблюдали за волнами напряжения, создав петабайты информации. Затем, зная, что сон традиционно определяется медленно движущимися волнами, они начали вводить в нейронную сеть всё меньшие и меньшие порции данных и попросили ее предсказать, спит ли мозг или бодрствует.
Ученые обнаружили, что модель может различать сон и бодрствование всего на миллисекундах данных об активности мозга.
Искусственная нейронная сеть не раскрывает, на чём она обучается. Но учёные начали удалять из данных слои временной и пространственной информации, чтобы понять, какие закономерности может улавливать модель.
Исследователи изучали фрагменты данных мозга длительностью в миллисекунду с самыми высокими частотами колебаний напряжения. Это позволило изучить сигналы, которые раньше были неизвестны. По итогам выяснилось, что сверхбыстрая активность всего нескольких нейронов — это фундаментальный элемент сна. Медленные волны не могут объяснить быстрые локальные модели активности.
Изучая эти модели, исследователи заметили, что в течение доли секунды одна область мозга переходит в состояние бодрствования, а другая остается спящей. Этот феномен также наблюдается и во время бодрствования.
Наблюдения за поведением мышей показали, что когда какая-либо область мозга засыпает, а остальная часть бодрствует, животное останавливается на секунду. Мерцание во сне отражалось в виде подергивания животного.
Эти открытия могут помочь исследователям лучше изучить болезни нервной системы и нейродегенеративные заболевания, связанные с нарушением регуляции сна.
Литература
“A nonoscillatory, millisecond-scale embedding of brain state provides insight into behavior” by David Haussler et al. Nature Neuroscience
