Состояние сознания значительно меняется во время фаз глубокого сна, так же как и в коме или под общей анестезией. Ученые давно считают, но не могут быть уверены, что активность мозга снижается во время сна. Большинство исследований сна проводится с использованием электроэнцефалографии (ЭЭГ), метода, который влечет за собой измерение активности мозга с помощью электродов, размещенных вдоль кожи головы пациента. Тем не менее Анджали Тарун, доцент в лаборатории обработки медицинских изображений EPFL при Инженерной школе, исследовал активность мозга во время сна с помощью магнитно-резонансной томографии.
Димитри Ван де Виль, возглавляющий лабораторию, говорит:, "МРТ измеряет нервную активность, обнаруживая гемодинамический ответ структур по всему мозгу, тем самым предоставляя важную информацию в дополнение к ЭЭГ." Во время этих экспериментов Тарун полагался на ЭЭГ, чтобы определить, когда участники исследования заснули, и определить различные стадии сна. Затем она изучила изображения МРТ, чтобы создать пространственные карты нейронной активности и определить различные состояния мозга.
Сложно получить данные
Единственная загвоздка заключалась в том, что было непросто провести МРТ головного мозга участникам, пока они спали. Машины работают шумно, из-за чего участникам сложно перейти в состояние глубокого сна. Но работая с профессором. Софи Шварц из Женевского университета и проф. Николай Аксмахер из Ruhr-Universität Bochum, Тарун мог использовать одновременные данные МРТ и ЭЭГ примерно от 30 человек. Данные активности мозга записывались в течение почти двух часов, пока участники спали на аппарате МРТ. "Два часа – это относительно большой срок, а это означает, что мы смогли получить набор редких и надежных данных," говорит Тарун. "МРТ, выполняемые во время выполнения пациентом когнитивной задачи, обычно длятся от 10 до 30 минут."
Активность мозга во время сна
После проверки, анализа и сравнения всех данных, то, что обнаружил Тарун, было удивительным. "Мы точно подсчитали, сколько раз сети, состоящие из разных частей мозга, становились активными на каждой стадии сна," она говорит. "Мы обнаружили, что во время легких стадий сна, то есть между тем, когда вы засыпаете и когда вы входите в состояние глубокого сна, в целом активность мозга снижается. Но общение между разными частями мозга становится намного более динамичным. Мы думаем, что это связано с нестабильностью состояний мозга на этом этапе."
Ван де Виль добавляет, "Что действительно удивило нас во всем этом, так это парадокс. Во время перехода от легкого сна к глубокому сну местная мозговая активность увеличилась, а взаимное взаимодействие уменьшилось. Это указывает на неспособность мозговых сетей синхронизировать."
Роль сетей по умолчанию и мозжечка
Сознание обычно связано с нейронными сетями, которые могут быть связаны с нашими процессами самоанализа, эпизодической памятью и спонтанным мышлением. "Мы увидели, что сеть между передним и задним отделами разрушилась, и это становилось все более выраженным с увеличением глубины сна," говорит Ван де Виль. "Подобный сбой в нейронных сетях наблюдался и в мозжечке, что обычно связано с моторным контролем."
На данный момент ученые точно не знают, почему это происходит. Но их результаты – это первый шаг к лучшему пониманию состояний сознания во время сна. "Наши результаты показывают, что сознание является результатом взаимодействий между различными областями мозга, а не локальной активности мозга," говорит Тарун. "Изучая, как наше состояние сознания изменяется на разных стадиях сна и что это означает с точки зрения сетевой активности мозга, мы можем лучше понять и объяснить широкий спектр функций мозга, которые характеризуют нас как людей."