«За последние десять лет нейробиологи получили доступ к новым инструментам, с помощью которых мы можем тестировать роли очень специфических нейронов в головном мозге», — сказал ведущий автор Скаммелл, профессор кафедры неврологии в BIDMC. «Когда мы знаем конкретных действующих лиц в мозгу, это позволяет нам разрабатывать методы лечения, которые помогут людям заснуть или помогут сонным людям быть более бдительными в течение дня».В частности, две технологии, разработанные с 2000 года, позволяют неврологам включать и выключать определенные нейроны. В процессе, называемом хемогенетикой, исследователи используют лекарства, которые действуют только на генетически определенную группу клеток, чтобы определить роль нейронов.
Оптогенетика использует лазерный свет для включения или выключения целевых клеток мозга. Эти методы показали, какие нейронные цепи способствуют бодрствованию и сну по всему мозгу, особенно в стволе мозга и гипоталамусе.«Теперь мы можем опрашивать нейроны более точно», — сказал Скаммелл. «Методы очень похожи, но оптогенетика работает в течение короткого промежутка времени, порядка секунд. С помощью хемогенетики мы можем наблюдать в течение нескольких часов, что происходит, когда мы включаем или выключаем определенные нейроны».
В последние годы исследователи сна также сделали важные открытия в фундаментальной химии сонливости. В конце 1990-х годов был сделан крупный прорыв: ученые открыли ранее неизвестное химическое вещество, нейротрансмиттер под названием орексин, необходимый для поддержания длительных периодов бодрствования. Потеря выработки орексина вызывает обычное нарушение сна нарколепсию, которое характеризуется хронической сонливостью и нерегулярным быстрым сном. Сегодня фармацевтические компании производят лекарства, которые намеренно блокируют систему орексина для лечения бессонницы.
Исследователи также пытаются разработать препараты, имитирующие орексин, чтобы разбудить людей.«Препарат, который действует как орексин, может быть так же хорош для пациентов с нарколепсией, как инсулин для людей с диабетом», — сказал Скаммелл.Исследования в области нейробиологии также показали, что мозговой контур управляет циркадными ритмами, биологическими часами, которые синхронизируют сонливость и бодрствование с днем ??и ночью. Расположенное глубоко в гипоталамусе супрахиазматическое ядро ??(SCN) регулирует циркадные ритмы и способно поддерживать их в течение некоторого времени даже в полной темноте.
Однако SCN не соответствует социальным нормам, связанным с привычками людей спать.«Люди все чаще используют свои электронные устройства в постели, что заставляет мозг думать, что он подвергается воздействию дневного света», — сказал Скаммелл. «Внутренние часы сбрасываются, поэтому просыпаться по утрам гораздо труднее».
Телефоны и планшеты — лишь одна из причин, по которым около трети всех взрослых американцев недосыпают и спят гораздо меньше рекомендованных семи-восьми часов в сутки. Это вызывает больше вопросов о том, почему некоторым людям нужно больше или меньше, и почему некоторые люди могут переносить дефицит сна намного лучше, чем другие. Связь между недосыпанием или плохим сном и нарушением обмена веществ, риском рака и расстройствами настроения также требует дальнейшего изучения.Поскольку каждый из сотен тысяч нейронов мозга связан друг с другом, ученым потребуется более глубокое знание внутренней работы мозга, чтобы понять, как взаимодействуют цепи, регулирующие сон. «Между этими цепями существует огромный диалог», — сказал Скаммелл, отметив, что современные технологии позволяют ученым одновременно контролировать десятки нейронов в одной области мозга.
«Наша способность регистрировать активность лишь нескольких нейронов одновременно — это еще не что-то близкое к пониманию всего мозга, но, по крайней мере, это шаг в правильном направлении».