В периоды сна с быстрыми движениями глаз (БДГ) активность мозга часто напоминает бодрствующее поведение. Иногда мозг может быть более активным во время быстрого сна, чем когда вы бодрствуете. Вот почему быстрый сон иногда называют «парадоксальным сном», — говорит нейробиолог Технологического института Вирджинии Суджит Виджаян. А для тех, кто испытывает посттравматическое стрессовое расстройство, эта очень активная стадия сна, как правило, чревата эмоционально заряженными сновидениями, «снова и снова», — сказал Виджаян.

По словам Виджаяна, спящий мозг обычно может вызвать эмоциональные воспоминания, обработать их и снять эмоциональный заряд. Этот процесс можно объяснить эволюционным стремлением оценить важные воспоминания, в том числе связанные со страхом. Но у пациентов с посттравматическим расстройством сна (ПТСР) мозг, по-видимому, ночь за ночью возвращает плохие сны, вынужденные оценивать воспоминания о страхе, но неспособные когда-либо снять свой эмоциональный заряд. Так что же удерживает мозг в этой петле?

Для нового исследования, опубликованного в Journal of Neuroscience , Виджаян возглавил группу по созданию биофизических моделей спящего мозга, чтобы изучить на более глубоком механистическом уровне, как мозг может — или не может — при посттравматическом стрессовом расстройстве эффективно обрабатывать и подавлять страх. воспоминания.

Во время быстрого сна уровни нейротрансмиттеров норадреналина и серотонина обычно снижаются. В своих моделях исследователи связали пониженные уровни нейротрансмиттеров со способностью мозга подавлять клетки, выражающие страх, посредством ритмов, передаваемых между префронтальной корой и миндалевидным телом. Затем команда Виджаяна исследовала, как атипичные уровни нейротрансмиттеров, наблюдаемые в мозгу спящего пациента с посттравматическим стрессовым расстройством, могут нарушить работу этих мозговых ритмов по подавлению страха.

При посттравматическом стрессовом расстройстве уровень нейротрансмиттеров остается высоким во время быстрого сна. Модели команды показывают, что в этих измененных условиях ритмы мозга, обычно эффективные у здоровых людей, больше не могут подавлять воспоминания о страхе. Вместо этого мозг пациента с посттравматическим стрессовым расстройством, по-видимому, нуждается в более высокочастотных ритмах, чтобы погасить воспоминания о страхе. Исследователи полагают, что разблокировка этих более высоких частот может дать информацию для лечения, чтобы вернуть восстановительное качество сна людям, страдающим посттравматическим стрессовым расстройством.

«Дикий Запад» стадий сна

Виджаян, давно изучавший, как сон влияет на обучение и память , описывает БДГ-сон как своего рода «Дикий Запад» с точки зрения того, что мы знаем о его связи с памятью. Стадия сна считается важной для обработки эмоциональных воспоминаний , и эксперименты показали, что ритмические взаимодействия между миндалевидным телом и префронтальной корой во время быстрого сна уменьшают выражение воспоминаний, связанных со страхом. Но неясно, как это работает.

Поскольку большая часть работы в области неврологии посвящена медленному сну, «быстрый сон намного сложнее усвоить», — сказал Виджаян, доцент Школы неврологии, входящей в состав Технологического колледжа науки Вирджинии. «Существуют действительно хорошие модели того, как не-БДГ-сон может консолидировать воспоминания и какую роль он может играть в обучении и памяти. Но когда мы говорим о БДГ-сне, нет реальных, хороших моделей того, как это происходит».

Виджаян стремился изменить это, создав модели быстрого сна, основанные на биофизике, что позволило его команде узнать больше о том, что позволяет ритмам мозга помогать в обработке эмоциональной памяти, и как посттравматическое стрессовое расстройство нарушает ее. Модели позволили ученым манипулировать условиями быстрого сна, которые, по их мнению, могут быть ключом к этому вопросу: уровни нейротрансмиттеров.

Начав с моделей состояния сна в мозгу здорового человека, команда Виджаяна понизила уровни норадреналина и серотонина, чтобы представить быстрый сон. В результате ритмические взаимодействия между нейронами префронтальной коры и нейронами миндалевидного тела усиливали связи между этими двумя областями. Мозговые ритмы, исходящие из префронтальной коры, эффективно подавляли активность клеток памяти страха в миндалевидном теле.

Команда также обнаружила, что определенная частота мозговых ритмов особенно эффективна для подавления клеток, выражающих страх. При вводе частот в тета-диапазоне типичных для человека ритмов — от четырех до восьми герц — они обнаружили, что более низкочастотные тета-ритмы около четырех герц наиболее эффективно укрепляют связи между лобными областями и миндалевидным телом.

Затем исследователи смоделировали быстрый сон у людей, страдающих посттравматическим стрессовым расстройством. Известно, что посттравматическое стрессовое расстройство приводит к тому, что уровень норадреналина остается высоким во время быстрого сна. Команда Виджаяна имитировала эти условия и обнаружила, что когда они вводили мозговые ритмы с частотой от четырех до восьми герц, эти ритмы больше не могли подавлять клетки, выражающие страх. «Я немного удивлен, что четыре герца не сработали, — сказал Виджаян. «Я думал, что, может быть, это все еще будет эффективно, но на самом деле это было совсем не так».

Восстановление восстанавливающей силы сна

Команда обнаружила, что все еще есть надежда разорвать цикл полных страха снов. Хотя типичная частота мозговых ритмов от четырех до восьми герц не могла подавлять клетки, выражающие страх, исследователи попробовали другие частоты. Они обнаружили, что при более высокой частоте 10 герц ритмы мозга могут эффективно подавлять эти клетки в их модели посттравматического стрессового расстройства спящего мозга.

Выявляя нетипичные частоты мозговых ритмов, которые могут подавлять воспоминания о страхе у пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством, Виджаян считает, что его команда может использовать методы лечения. Их следующий шаг — найти способы вызвать корректировку частоты мозгового ритма спящего пациента с посттравматическим стрессовым расстройством , чтобы достичь подходящих для него ритмов. Это возможно сделать с помощью того, что Виджаян называет скрытой слуховой стимуляцией.

«Это означает, что я воспроизвожу эти звуки, а вы не осознаете этого, пока спите», — сказал Виджаян. «Это может быть полезно при любом расстройстве, при котором нарушается сон, не только при посттравматическом стрессовом расстройстве, но и при черепно- мозговой травме или болезни Паркинсона. Идея состоит в том, что, индуцируя желаемую нервную динамику, мы можем задействовать восстановительные силы сна».