Розовый шум усиливает очистительные волны спинномозговой жидкости в мозге

Ученые из Массачусетского технологического института обнаружили, что короткие импульсы слабого розового шума во время сна усиливают волны спинномозговой жидкости, которые помогают мозгу очищаться от продуктов распада. Исследование, опубликованное в журнале Science Translational Medicine, показало: воздействуя на мозг звуком в нужный момент, можно увеличить амплитуду медленных электрических волн, а вслед за ними и поток спинномозговой жидкости. Это открывает путь к возможному улучшению памяти, когнитивных функций и даже замедлению болезней, связанных с накоплением вредных белков, таких как болезнь Альцгеймера.

Во время бодрствования в мозге накапливаются продукты обмена, включая молочную кислоту и поврежденные белки. Ночной сон запускает естественный механизм очистки: спинномозговая жидкость, омывающая головной и спинной мозг, начинает двигаться волнами, унося с собой ненужные вещества. Эта жидкость не только защищает мозг от механических повреждений, но и снабжает его глюкозой, а также удаляет отходы, образующиеся при расходе энергии клетками.

Еще в 2019 году исследовательница Лаура Льюис показала, что волны спинномозговой жидкости можно измерять с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии и что они тесно связаны с медленными волнами мозга, характерными для глубокого сна. В новой работе она решила выяснить, можно ли управлять этими волнами, чтобы усилить очистительный поток. Идея опиралась на уже известный факт: если подать звуковой сигнал точно в пик медленной волны, она становится глубже. Это похоже на раскачивание качелей: толчок в нужный момент увеличивает амплитуду движения. Главная сложность состояла в том, чтобы поймать этот момент.

В качестве стимула использовали 50-миллисекундный импульс розового шума. Он содержит все слышимые частоты, как и белый шум, но низкие звучат громче, а высокие тише, создавая мягкий шум, похожий на тихий дождь или далекий водопад. Чтобы подавать импульсы точно в пик медленных волн, ученым пришлось одновременно записывать электроэнцефалограмму и сигналы фМРТ.

Магнитные поля томографа мешали электрическим сигналам мозга, поэтому исследователи разработали способ очень быстрой обработки данных, устраняющий помехи менее чем за 100 миллисекунд. Дополнительно они создали алгоритм, который предсказывал наступление пика медленной волны, чтобы компенсировать небольшую задержку измерения.

В экспериментах с участием 14 здоровых добровольцев звуковые импульсы, недостаточно громкие, чтобы разбудить человека, увеличивали амплитуду как медленных электрических волн, так и волн спинномозговой жидкости. Наблюдения с помощью фМРТ показали, что медленные волны вызывают сужение и расширение кровеносных сосудов, которые работают как насос, выталкивая жидкость из мозга. Эти волны возникают только в фазе небыстрого сна и становятся особенно выраженными на его глубоких стадиях.

Теперь исследователи планируют выяснить, поможет ли усиление оттока спинномозговой жидкости улучшить качество сна, особенно у людей с бессонницей. Они также хотят проверить, может ли ускоренное удаление продуктов обмена из мозга замедлить развитие болезни Альцгеймера и других форм деменции, при которых в мозге накапливаются амилоид и тау-белок. Как отмечает Джошуа Левитт, ведущий автор статьи, если удастся улучшить очистку мозга, это может помочь предотвратить образование бляшек, приводящих к заболеванию.

Результат исследования: ученые впервые показали, что с помощью точно рассчитанных по времени импульсов розового шума во время сна можно увеличить амплитуду медленных волн мозга и, как следствие, усилить поток спинномозговой жидкости, ответственной за выведение продуктов обмена. Такое неинвазивное воздействие не будит человека и потенциально может стать основой для методов улучшения сна, поддержания когнитивных функций и профилактики нейродегенеративных заболеваний, связанных с накоплением вредных белков.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях