News

За първи път учените получават отговор на въпроса: защо за хората и животните е необходимо да спят? За резултатите от изследването им съобщава Вашингтонският университет в Сейнт Луис (САЩ).

Сънят, подобно на въздуха, храната или напитките, е една от основните нужди на човек; без сън той ще умре. Досега обаче не е било възможно да се обясни защо е да се спи толкова важно. Една от най-популярните предишни теории гласи, че сънят възстановява определени, все още неизвестни, химически вещества, изразходвани по време на бодърстване.

Биолози и физици от Вашингтонския университет предлагат съвсем различно обяснение. Хипотезата се основава на принципа на критичността - във физиката този термин се отнася до състоянието на „златната среда“ между хаоса и пълния ред. Това състояние е оптимално за функционирането на голяма многоелементна система, включително мозъка.

В минали изследвания доцентът по биология Кийт Хенген и професорът по физика Ралф Уесел са установили, че мозъкът има тенденция към състояние на критичност. Физиците вярват, че това е единственият известен компютърен режим, който по самата си дефиниция оптимизира обработката на информация: памет, динамичен обхват и способността за кодиране и предаване на сложни модели.

В лабораторията, създадена в университета, учените успяват да осигурят непрекъснато наблюдение на активността на невроните in vivo за дълго време - до 9 дни. По време на експериментите те успяват да проследят както състоянието на критичност, така и неговото нарушаване (например, когато едното око се затвори и мозъкът не получава обичайното количество информация). Те също така записват процеса на преструктуриране на работата на невроните, след което мозъкът се връща към същата критичност.

Използвайки тези данни, съществуващи наблюдения от колеги и години на изчисления от физици, които изучават критичността при други условия, изследователите успяват да докажат, че благодарение на състоянието на критичност милиарди независими неврони в нашия мозък могат да комуникират толкова ефективно.

Изследването на съня е бил следващият етап от научната работа.

„Мозъкът е като биологичен компютър. Паметта и опитът по време на събуждането постепенно променят кода, бавно отдалечавайки по-голямата система от идеалното състояние. Основната цел на съня е да възстанови оптимално компютърно състояние. Сънят е системно решение на проблем на системно ниво“, казва Хенген.

За да разберат как преминаването от и връщането към идеалното равновесие е свързано с циклите на съня и бодърствуването, учените са проследили изблици на невронна активност в мозъците на млади плъхове. Тази дейност наподобява каскада или лавина и отразява как информацията тече през мозъка.

В резултат на това се изяснявят моделите на образуване на лавини. Мозък близо до състояние на критичност е способен да генерира лавина от всякакъв мащаб. Но умореният мозък с променен „код“ е ограничен: той е склонен само към големи или, обратно, малки каскади.

В същото време мозъчната активност при наскоро събудени плъхове е възможно най-разнообразна. Но колкото по-дълго животните са оставали будни, толкова по-малко ограничени са ставали каскадите - във все по-малък и по-малък мащаб. Въз основа на това изследователите дори успяват да предскажат кога опитните животни са готови да заспят или да се събудят.

„Резултатите показват, че всеки момент на събуждане отдалечава всяка мозъчна верига все повече и повече от критичността. А сънят помага на мозъка да се нулира“, казва Хенген.