Зміна фаз сну з повільною на швидку відбувається за сигналом групи клітин тривалого мозку.
Ми знаємо, що за електричною активністю мозку сон можна поділити на дві великі фази: повільноволнову (або просто повільний сон) і швидку (або швидкий сон). Повільна фаза ділиться ще на кілька стадій. За ніч повільний сон і швидкий сон кілька разів змінюють один одного, що можна помітити не тільки за електричними ритмами, але і за деякими зовнішніми ознаками. Наприклад, під час швидкохвильової фази можна помітити рухи очей (звідки й інша її назва - REM-сон, від «rapid eye movement», тобто «швидкі рух очей»). Вважається, що саме під час REM-фази до нас приходять сновидіння, хоча зараз кажуть, що їх можна бачити і в повільному сні.
Як відбувається перемикання між однією фазою і другою? Дослідники з Каліфорнійського університету в Берклі повідомляють, що їм вдалося знайти нейронний перемикач періодів сну, що знаходиться в продовгуватому мозку (відділ головного мозку, що межує зі спинним). Тут знаходяться центри автономної регуляції багатьох фізіологічних процесів і несвідомих поведінкових реакцій. Те, що довготривалий мозок бере участь у регуляції сну, нейробіологи знали і до цього, проте раніше вважали, що він відповідає тільки за «сонне» розслаблення скелетних м'язів. Намагаючись більше дізнатися про його функції, Франц Вебер (Franz Weber) і його колеги використовували методи оптогенетики.
Оптогенетику ми останнім часом згадуємо настільки часто, що читачі, напевно, вже давно вивчили, що вона з себе представляє. Тим не менш, нагадаємо ще раз: суть її в тому, що нейрон забезпечується фоточутливим мембранним білком, який під дією світла відкриває в мембрані іонні канали; перерозподіл іонів між внутрішньою і зовнішньою стороною мембрани генерує нервовий імпульс. Світло можна «провести» в мозок за допомогою оптоволоконного світловода, що до гена фоточутливого білка, то тут на допомогу приходять генноінженерні хитрощі. Оптогенетика дозволяє вибірково керувати чітко виділеними групами нейронів, що, зрозуміло, дає нам масу інформації про роботу окремих нервових ланцюгів і цілих ділянок мозку.
Цього разу метою нейробіологів були ГАМКергічні нейрони продовгуватого мозку, тобто ті, які використовують для передачі сигналу в міжнейронних сполуках нейромедіатор гамма-аміномасляну кислоту. У статті в Nature автори повідомляють, як стимуляція певних ланцюжків ГАМК-нейронів діяла на сплячих і бадьорих мишей. Якщо миша не спала, підвищена активність клітин змушувала її більше їсти, але ніякої сонливості вона не відчувала. Також було помічено, що у відсутності всякої стимуляції інтенсивність сигналів у тих же нервових ланцюжках підвищувалася під час їжі і при грумінгу, тобто коли миша чистила вовну і взагалі доглядала за собою.
Якщо ж нейрони стимулювали під час сну, то через буквально кілька секунд у тварин починався REM-сон. Придушення активності ГАМК-нейронів зменшувало тривалість швидкого сну або ж змушувало його зовсім зникнути. Не буде великим перебільшенням сказати, що ці нейрони грають роль перемикача фаз сну. (Їх можна було б назвати «повелителями сновидінь», якби у нас була абсолютна впевненість, що сни приходять у нам - і до мишей - тільки під час швидкої фази.) Фазові ГАМК-ергічні нейрони тягнуться з продовгуватого мозку в різні області стовбура мозку і гіпоталамусу, які також беруть участь у регуляції сну; очевидно, клітинам-перемикачам потрібно сповіщати своїх «колег», які також відповідають за сон, про те, що пора наступати REM-фазі.
Звичайно, тут відразу виникає багато питань. Наприклад, як відбувається в такому випадку перехід від швидкого сну знову до повільного - за допомогою тих же клітин або інших? Як вони працюють самі по собі, без стимуляції, як визначають час, коли пора перемкнути фази? Нарешті, як все це працює у людини (у нас такий механізм, очевидно, існує, коли скоро у нас теж є чергування фаз сну). Словом, авторам відкриття є над чим працювати. Що до медичного значення роботи, то відомо, що аномалії в REM-фазі супроводжують цілий ряд психоневрологічних розладів, і не виключено, що, впливаючи на фазопереключні нейронні кластери, можна буде полегшувати симптоми деяких захворювань.