Ученые из Института нейронаук и медицины Юлихского исследовательского центра (Forschungszentrum Jülich) под руководством Дэвида Элменхорста обнаружили, что даже одна ночь без сна заметно меняет структуру синаптических связей в мозге человека. Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS Biology.
В эксперименте участвовали 40 добровольцев: половина из них провела обычную ночь сна, другая — оставалась бодрствовать около 28 часов подряд. С помощью позитронно-эмиссионной томографии исследователи измерили уровень белка SV2A — одного из наиболее надежных косвенных индикаторов количества синапсов в мозге. У участников, лишенных сна, уровень SV2A повысился в ряде ключевых зон мозга, особенно заметные изменения зафиксировали в гиппокампе и таламусе. Это означает, что мозг в состоянии длительного бодрствования продолжает наращивать и укреплять синаптические связи, не переходя в режим восстановления.
Полученные данные подтверждают гипотезу синаптического гомеостаза, согласно которой во время бодрствования мозг постоянно усиливает связи между нейронами при обработке информации, что повышает энергозатраты и приводит к накоплению молекулярных «следов активности». Сон, согласно этой модели, выполняет противоположную функцию — снижает избыточную активность, перераспределяет связи и восстанавливает баланс. До сих пор эта гипотеза была подтверждена в основном на животных моделях, а новое исследование стало одним из первых, продемонстрировавших схожие процессы у людей.
После частичного восстановления — двухчасового дневного сна — исследователи зафиксировали связь между уровнем SV2A и интенсивностью медленных волн мозговой активности, которые считаются маркером глубокого сна и отражают потребность мозга в восстановлении. Чем выше была «перегруженность» синапсов после бессонной ночи, тем сильнее проявлялась медленноволновая активность. Это может означать, что мозг компенсирует накопленный дисбаланс, усиливая восстановительные процессы.
Авторы исследования подчеркивают, что SV2A — косвенный показатель, а зафиксированные изменения были относительно небольшими, однако сам факт их обнаружения у людей принципиально важен. При длительном бодрствовании мозг не просто устает в бытовом смысле, а продолжает активно обрабатывать информацию, поддерживая высокий уровень синаптической активности, что приводит к измеримым изменениям в нейронной архитектуре уже за одну ночь без сна.
Открытие не закрывает вопрос о том, зачем именно нужен сон, но делает более обоснованной гипотезу его структурной необходимости. Если мозг действительно накапливает избыточные связи при бодрствовании, сон может быть механизмом регулярной оптимизации нейронной сети, а не просто отдыхом. При этом остаются открытыми вопросы о том, насколько обратимы эти изменения, влияют ли они на когнитивные функции в долгосрочной перспективе и как мозг определяет, какие связи ослаблять во время сна.