Первые сны ребенка: Циклы сна плода

Примерно после семи месяцев развития в утробе матери человеческий плод большую часть своего времени проводит во сне. Его мозг переключается между бешеной активностью, связанной с быстрым движением глаз (REM), и спокойным состоянием покоя, не связанным с REM-сном. Но до сих пор оставалось загадкой, работает ли мозг более молодых, незрелых плодов во время сна или просто бездействует.

Математик Карин Шваб и команда нейробиологов из Университета Фридриха Шиллера в Йене, Германия, обнаружили, что очень незрелые зародыши овец могут впадать в состояние, похожее на сновидение, за несколько недель до того, как будут замечены первые быстрые движения глаз. Их математический анализ может помочь лучше понять назначение сна. Он также предоставляет инструмент для изучения того, как развивается мозг, и выявления уязвимых периодов в развитии мозга, когда повреждения могут привести к заболеваниям в дальнейшей жизни.

Исследование опубликовано в специальном выпуске журнала Chaos, который издается Американским институтом физики (AIP). Специальный выпуск посвящен нелинейной динамике в когнитивных и нейронных системах. В ней рассказывается о том, как хаос влияет на определенные области мозга, и представлены междисциплинарные подходы к различным проблемам неврологии, включая сон.

Непосредственно измерить мозговую активность человеческого плода в утробе матери невозможно. Все, что мы знаем о наших привычках спать в раннем возрасте, мы узнаем, в основном, наблюдая за движениями глаз. Примерно на седьмом месяце развития плода можно заметить первые быстрые движения глаз. Мозг развивающегося эмбриона, по-видимому, переключается каждые 20-40 минут между фазой быстрого сна, во время которой активность мозга соперничает с активностью сознания, и фазой быстрого сна, во время которой мозг отдыхает. Функции этих циклов сна до сих пор являются предметом горячих дискуссий в мире исследований сна.

Некоторые ученые пытались измерить мозговую активность недоношенных детей, подключая их к электроэнцефалограмме (ЭЭГ) после преждевременного рождения. По словам Шваба, эти измерения технически сложны и чреваты ошибками. Таким образом, неврологи, изучающие развитие мозга плода, не знают, появляются ли циклы сна просто однажды или они развиваются медленно из-за других форм мозговой активности.

Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, Шваб изучал овец, животных, которые обычно вынашивают один или два плода, сходных по размеру и весу с человеческим плодом. Процесс развития мозга у людей и овец также довольно схож, он длится около 280 дней у человека и 150 дней у овцы. Они непосредственно регистрировали электрическую активность в мозге 106-дневного развивающегося плода овцы - чего раньше никто не делал.

Используя сложные математические методы для выявления закономерностей, Шваб обнаружил циклы в сложной деятельности незрелого мозга. В отличие от режима сна на более поздних стадиях развития, эти циклы колеблются каждые 5-10 минут и медленно меняются по мере роста плода.

Хотя трудно представить, что испытывает плод во время этих циклов в привычных для взрослых терминах, эти закономерности проливают новый свет на происхождение сна. "Сон не возникает внезапно из состояния покоя мозга. Сон и изменения состояния сна - это активные регулируемые процессы", - говорит Шваб. Это открытие согласуется с другими данными, показывающими, что клетки мозга (нейроны), которые генерируют состояния сна, созревают задолго до того, как остальная часть мозга становится достаточно развитой, чтобы погрузиться в быстрый сон.

Лучшее понимание развития мозга может дать ключ к пониманию заболеваний в дальнейшей жизни, таких как неврологические расстройства или смерть в раннем детстве. Исследование также может пролить свет на фундаментальные вопросы о том, как развивается мозг. Например, циклические изменения в активности нейронов могут стимулировать другие нервные клетки находить друг друга и соединяться друг с другом, создавая сложные сети в мозге. Сложный анализ мозговой активности может помочь выявить уязвимые фазы в развитии мозга. Другие направления исследований Шваба направлены на изучение влияния раздражителей окружающей среды, таких как шум или стресс, на развивающийся плод и на то, могут ли они привести к повышенной восприимчивости к заболеваниям у взрослых.