Наш мозг не работает как электронная схема с постоянными параметрами. То, как мы воспринимаем окружающий мир и что остается в памяти, зависит от внутреннего состояния организма в конкретный момент времени. Суточный цикл — один из главных факторов, формирующих внутреннюю среду мозга. Однако до сих пор оставалось неясным, как ежедневные колебания влияют на химию мозга и способность нейронов возбуждаться и изменяться.
Способность мозга к обучению достигает пика в определенное время суток
Исследователи из Университета Тохоку в Японии обнаружили, что способность мозга к обучению и запоминанию меняется в течение суток в зависимости от циркадных ритмов. Эксперименты на ночных грызунах показали: одинаковые нейронные стимулы вызывают разные реакции в разное время дня.
Лучшее время, чтобы узнать новое — перед сном. Unsplash
Аденозин — это молекула, которая образуется в мозге как побочный продукт расщепления АТФ — основного источника энергии клеток. Чем дольше мы бодрствуем и чем активнее работает мозг, тем больше накапливается аденозина. Он связывается со специальными рецепторами на нейронах и подавляет их активность, вызывая ощущение усталости и сонливости. Во время сна уровень аденозина снижается, и мозг снова готов к активной работе. Кофеин блокирует рецепторы аденозина, поэтому после чашки кофе мы чувствуем прилив бодрости.
Японские ученые применили оптогенетику для активации нейронов в зрительной коре крыс и зафиксировали изменения электрической активности. Оказалось, что нейронная активность снижается на рассвете и усиливается на закате. Поскольку крысы — ночные животные, рассвет для них означает окончание активного периода и подготовку ко сну. Работа опубликована в журнале Neuroscience Research.
Как работает аденозин
Лучшее время, чтобы узнать новое — перед сном, но не для всех. Все зависит от циркадных ритмов.
Исследователи обнаружили, что ключевую роль играет аденозин — нейромодулятор, который накапливается во время бодрствования и вызывает сонливость. Когда действие аденозина блокировали, нейронная активность на рассвете резко возрастала. Это доказало, что аденозин регулирует возбудимость коры головного мозга в течение дня.
«Нейронная возбудимость непостоянна; она зависит от внутреннего состояния мозга», — объясняет профессор Ко Мацуи из Университета Тохоку. — «Наши результаты показывают, что даже идентичные нейроны могут реагировать по-разному в зависимости от времени суток, и этим управляют такие молекулы, как аденозин, которые связывают метаболизм, сон и нейронную сигнализацию».
Особенно неожиданным стало открытие, касающееся метапластичности мозга — его способности менять интенсивность собственных изменений. Повторяющаяся оптическая стимуляция вызывала долговременное усиление синаптических связей (основу обучения и памяти) на рассвете, но не на закате. Это означает, что хотя давление сна и усталость достигают пика утром, именно в этот момент потенциал мозга к реорганизации максимален.
«Эти результаты означают, что наш мозг имеет временные окна, благоприятствующие адаптивности», — отмечает ведущий автор исследования Юки Донен. — «Знание того, когда мозг наиболее восприимчив к изменениям, может помочь оптимизировать обучение, реабилитацию и терапию, основанную на стимуляции».
Перед сном мозг человека максимально пластичен.
Для людей, которые активны в светлое время суток, способность к обучению и формированию памяти может достигать пика в сумеречный период перед закатом. Иными словами, лучшее время для изучения чего-то нового — перед сном.