МРТ помогает разгадывать секреты сна
Состояние сознания значительно меняется в фазах глубокого сна, как в коме или под общим наркозом. Ученые давно считали, но не могли быть уверены, что активность мозга снижается во время сна. Большинство исследований сна проводится с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), метода, который измеряет активность мозга с помощью электродов, размещенных вдоль кожи головы пациента. Однако Анджали Тарун, докторант лаборатории обработки медицинских изображений EPFL в Инженерной школе, использовал магнитно-резонансную томографию для изучения активности мозга во время сна. Димитри Ван Де Виль, руководитель лаборатории, говорит: «МРТ измеряет активность нейронов,
регистрируя гемодинамический ответ структур по всему мозгу и, таким образом, предоставляет важную информацию в дополнение к ЭЭГ». Во время этих экспериментов Тарун полагался на ЭЭГ, чтобы определить, когда участники исследования заснули, и определить различные стадии сна. Затем она изучила изображения МРТ, чтобы составить пространственные карты нейронной активности и определить различные состояния мозга.
Данные, которые сложно получить
Единственная загвоздка заключалась в том, что сделать МРТ головного мозга участникам, когда они спали, было непросто. Машины шумят, что затрудняет переход участников в состояние глубокого сна. В сотрудничестве с профессором Софи Шварц из Женевского университета и профессором Николаем Аксмахером из Рурского университета в Бохуме Тарун смог использовать одновременные данные МРТ и ЭЭГ примерно от 30 человек. Данные мозговой активности регистрировались в течение почти двух часов, пока участники спали в аппарате МРТ. «Два часа – это относительно большой срок, а это значит, что мы смогли получить ряд редких и надежных данных», – говорит Тарун. «МРТ, которые проводятся, когда пациент выполняет когнитивную задачу, обычно длятся от 10 до 30 минут».
> Активность мозга во время сна
После просмотра, анализа и сравнения всех данных то, что обнаружил Тарун, было удивительным. «Мы точно подсчитали, как часто сети из разных частей мозга становятся активными во время каждой фазы сна», – говорит она. «Мы обнаружили, что во время легкого сна, то есть между засыпанием и переходом в состояние глубокого сна, общая активность мозга снижается. Однако связь между различными частями мозга становится намного более динамичной. Мы считаем, что это так». из-за нестабильности состояний мозга на этом этапе. “
Ван де Виль добавляет: «Что действительно удивило нас во всем этом, так это парадокс. Во время перехода от легкого сна к глубокому сну местная активность мозга увеличилась, а взаимодействие снизилось. Это указывает на неспособность мозговых сетей к синхронизации».
Роль сетей в стандартном режиме и мозжечок
Сознание обычно связано с нейронными сетями, которые могут быть связаны с нашими интроспективными процессами, эпизодической памятью и спонтанным мышлением. «Мы увидели, что сеть между передним и задним отделами рухнула, и это становилось все более и более очевидным по мере увеличения глубины сна», – говорит Ван Де Виль. «Подобный сбой в нейронных сетях наблюдался и в мозжечке, что обычно связано с моторным контролем». В настоящее время ученые точно не знают, почему это происходит. Однако ваши результаты – это первый шаг к лучшему пониманию состояний сознания во время сна. «Наши результаты показывают, что сознание является результатом взаимодействий между различными областями мозга, а не локальной мозговой активности», – говорит Тарун. «Изучая, как наше состояние сознания изменяется в разные фазы сна и что это означает для сетевой активности мозга, мы можем лучше понять и объяснить широкий спектр функций мозга, которые характеризуют нас как людей».
Исследуй дальше
Сеть мозга управляет изменениями в сознании
Дополнительная информация: Анджали Тарун и др., Стадии NREM-сна изменяют динамическую интеграцию больших сетей мозга, iScience (2020). DOI: 10.1016 / j.isci.2020.101923
Информация о журнале: iScience