Ученые из Нидерландского института нейронауки исследовали 20 человек во время пробуждения, записывая активность мозга с помощью 256 датчиков. Команда проанализировала более 1000 случаев естественного и принудительного пробуждения. Работа опубликована в журнале Current Biology.
Мозг просыпается постепенно, и волна активация идет ото лба к затылку
Ученые из Нидерландского института нейронауки исследовали 20 человек во время пробуждения, записывая активность мозга с помощью 256 датчиков. Команда проанализировала более 1000 случаев естественного и принудительного пробуждения. Исследование показало, что пробуждение в разных фазах сна происходит по-разному и процесс пробуждения отличается от процесса засыпания. Ученые надеются, что их работа поможет людям страдающим нарушениями пробуждения от сна.
Пробуждение. Unsplash
Самым распространенным нарушением пробуждения является «инерция сна». Это состояние заторможенности, которое многие испытывают после пробуждения. У некоторых людей оно может длиться часами, серьезно влияя на работоспособность. Но бывают и более серьезные случаи, например, так называемый «пьяный сон» — крайняя форма инерции сна, когда после пробуждения человек ведет себя как пьяный: нарушенная координация, спутанная речь, неадекватные реакции.
Схема распространения активности мозга при пробуждении.
Пробуждение человека представляет собой не мгновенный процесс, а упорядоченную волну активации, которая распространяется по мозгу в определенной последовательности. При пробуждении от REM-сна (фаза быстрого сна) нейронная подпись бодрствования распространяется волной от лобных долей к затылочным, а во время других фаз сна (non-REM) волна бодрствования появляется в центральной «горячей точке» глубоко в мозгу, а затем следует той же схеме спереди-назад.
Бодрствующий мозг демонстрирует характерный паттерн электрической активности: он выглядит как зазубренная линия из мелких, плотно упакованных пиков и впадин. Хотя паттерн выглядит похоже картину REM-сна, когда происходят яркие сновидения, эта стадия характеризуется отсутствием движений скелетных мышц. Пики становятся выше во время большинства стадий non-REM сна.
Мозг просыпается не так, как засыпает
Корковые карты задержек до пика активности при спонтанных пробуждениях. Время пиковой активности показано на реконструированных по источникам данных для NREM-бодрствований (N = 19 участников) и REM-бодрствований (N = 17 участников). Карты задержки показывают для каждого частотного диапазона время, когда области достигают максимальной активности в окне от -15 до +15 с вокруг начала движения. Красным цветом отмечены регионы с ранним пиком активности, желтым — с поздним. Для сравнения внизу показана карта коры головного мозга со случайно сгенерированными значениями. LL — левая латеральная; LM — левая медиальная; RL — правая латеральная; RM — правая медиальная.
Ученые уже знали, что подпись пробуждения возникает в разное время в разных областях мозга, но обычные методы визуализации не позволяли изучить эти паттерны с точным временным разрешением. Датчики позволили исследователям анализировать мозговую активность в масштабе секунд. Используя математические алгоритмы и моделирование, команда затем реконструировала местоположение этой активности на поверхности мозга.
Результаты показывают, что засыпание и пробуждение не являются просто обратными процессами — пробуждение представляет собой упорядоченную волну активации, движущуюся от передней части мозга к задней, тогда как засыпание кажется менее линейным и более постепенным процессом.
Ученые надеются, что это исследование можно использовать для борьбы с нарушениями сна, такими как бессонница. Точное понимание характеристик мозговой активности во время нормального пробуждения позволит лучше сравнивать их с аномальными пробуждениями. Это может открыть новые пути лечения людей, у которых нарушен именно процесс пробуждения, а не засыпания.