Ученые изучили механизм сна и бодрствования на червях C. elegans

23.06.2017 15:29

Ученые из Исследовательского института молекулярной патологии (ИМП) в Вене изучили фундаментальные аспекты сна у круглых червей. Они контролировали активность нервных клеток в мозге во время сна и бодрствования. Журнал Science публикует результаты на этой неделе.

Сон - универсальная черта у животных: каждая нервная система регулярно требует состояния релаксации, во время которой резко изменяется активность мозга. Сон жизненно важен, но ученые еще рассуждают, почему это именно так.

Команда нейробиологов во главе с Мануэлем Циммером использовала круглого червя C. elegans, чтобы детально изучить, как мозг переключается между бодрствованием и сном. Результаты показывают, что у животных сон - это основное состояние мозга, пока отсутствуют сильные внешние раздражители окружающей среды.

C. elegans выбраны как модель исследования сна, потому что их нервная система состоит из 302 нейронов и позволяет получить доступ к активности всех нервных клеток в головном мозге. Ученые наблюдали за процессами, которые мозг испытывает между бодрствованием и сном.

Проблема, с которой столкнулись исследователи, заключалась в том, чтобы контролировать, когда черви засыпают и просыпаются. Анника Николс и Томаш Эйхлер создали экспериментальную систему с использованием переменных концентраций кислорода в качестве переключателя. В естественной среде обитания C. elegans живут в почве, где обильные микроорганизмы поддерживают низкий уровень кислорода. Исследователи показали, что в этих условиях черви чувствуют себя комфортно и могут заснуть. Николс и Эйхлер обнаружили, что свежий воздух с атмосферным содержанием кислорода тревожит спящих животных, заставляя их просыпаться.

Николс записала активность нейронов в мозге при переключении между сном и бодрствованием. Она обнаружила, что во время сна большинство нервных клеток, энергично активных во время бодрствования, «засыпают». Тем не менее, несколько типов нервных клеток под названием RIS остаются активными. Николс показала, что активность RIS повышена у бодрствующих животных.

Наблюдая за работой мозга при засыпании, Николс сделала интересное открытие: компьютерные анализы показали, что активность нейронной сети спонтанно переходит в спокойное и стабильное состояние. Первоначально исследователи предположили, что клетки RIS оставляют нервную систему в покое. Однако новые данные показывают, что RIS больше походит на посредника, который «ведет переговоры между игроками». Изменения между бодрствованием и сном вызваны изменениями некоторых регуляторов в мозге.

Несмотря на многочисленные различия между мозгом червя и мозгом человека, эти результаты дают модель для изучения фундаментальных принципов работы мозга человека.

Источник: https://medicalxpress.com/news/2017-06-brains-surrender.html