Невнимательность при недосыпе возникает из-за очистки мозга, которая должна была произойти во сне

Многим знакома ситуация, когда после бессонной ночи вы не чувствуете себя бодрым, как обычно. Мозг как будто затуманен, а мысли блуждают, когда вам нужно сосредоточиться.

Новое исследование Массачусетского технологического института (MIT) раскрывает, что происходит в мозге, когда возникают такие кратковременные сбои внимания. Ученые обнаружили, что во время этих сбоев из мозга вытекает волна спинномозговой жидкости (СМЖ) — процесс, который обычно происходит во время сна и помогает вымывать продукты жизнедеятельности, накопившиеся в течение дня. Считается, что эта промывка необходима для поддержания здоровья и нормального функционирования мозга.

Когда человек недосыпает, его организм, по-видимому, пытается компенсировать этот процесс очистки, инициируя импульсы потока СМЖ. Однако это происходит за счет резкого ухудшения внимания.

«Если вы не спите, волны СМЖ начинают вторгаться в бодрствование, где обычно их не было бы видно. Однако они сопровождаются ухудшением внимания, которое пропадает в моменты, когда происходит эта волна потока жидкости», — говорит Лаура Льюис, доцент кафедры электротехники и информатики имени Афинулы А. Мартинос, член Института медицинской инженерии и науки MIT и Исследовательской лаборатории электроники, а также ассоциированный член Института Пикоуэра по изучению процессов обучения и памяти.

Льюис является старшим автором исследования, которое неделю назад было опубликовано в Nature Neuroscience. Ведущим автором статьи является приглашенный аспирант MIT Зинонг Ян.

Промывание мозга

Хотя сон является важным биологическим процессом, точно не известно, почему он так важен. По-видимому, он необходим для поддержания бдительности, и хорошо документировано, что недосыпание приводит к ухудшению внимания и других когнитивных функций.

Во время сна спинномозговая жидкость, которая защищает мозг, помогает удалять отходы, накопленные в течение дня. В исследовании 2019 года Льюис и ее коллеги показали, что во время сна поток спинномозговой жидкости в мозг и из него следует ритмичному паттерну и что эти потоки связаны с изменениями мозговых волн во время сна.

Это открытие заставило Льюис задуматься о том, что может произойти с потоком спинномозговой жидкости после недосыпания. Чтобы изучить этот вопрос, она и ее коллеги набрали 26 добровольцев, которых тестировали дважды — один раз после ночи недосыпания в лаборатории и один раз, когда они были хорошо отдохнувшими.

Утром исследователи отслеживали несколько различных показателей функций мозга и тела, пока участники выполняли задание, которое обычно используется для оценки последствий недосыпания.

Во время выполнения задания каждый участник носил шапку с электроэнцефалографом (ЭЭГ), которая регистрировала мозговые волны, а также находился в сканере функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Исследователи использовали модифицированную версию фМРТ, которая позволяла им измерять не только насыщение крови кислородом в мозге, но и поток СМЖ в мозг и из него. Они также измеряли частоту сердечных сокращений, частоту дыхания и диаметр зрачков каждого участника.

Участники выполняли две задачи на внимание в сканере фМРТ: одну визуальную и одну слуховую. Для визуальной задачи им нужно было смотреть на экран с фиксированным крестом. Через случайные промежутки времени крест превращался в квадрат, и участникам было сказано нажимать кнопку, когда они видели это. Для слуховой задачи они слышали звуковой сигнал вместо визуального преобразования.

Как и ожидалось, участники с недосыпанием выполняли эти задания гораздо хуже, чем участники, хорошо выспавшиеся. Их время реакции было более медленным, а на некоторые стимулы участники вообще не реагировали.

Во время этих кратковременных провалов внимания исследователи выявили несколько физиологических изменений, происходивших одновременно. Наиболее значимым было обнаружение потока спинномозговой жидкости из мозга в момент этих провалов. После каждого провала спинномозговая жидкость возвращалась в мозг.

«Результаты показывают, что в момент провала внимания эта жидкость фактически вытекает из мозга. А когда внимание восстанавливается, она возвращается обратно», — говорит Льюис.

Исследователи выдвинули гипотезу, что когда мозг испытывает дефицит сна, он начинает компенсировать потерю очищающего эффекта, который обычно происходит во время сна, даже несмотря на то, что эти импульсы потока спинномозговой жидкости сопровождаются потерей внимания.

«Один из способов объяснить эти явления заключается в том, что ваш мозг так нуждается во сне, что он изо всех сил пытается войти в состояние, похожее на сон, чтобы восстановить некоторые когнитивные функции», — говорит Ян. «Система жидкостей вашего мозга пытается восстановить его функции, заставляя мозг переключаться между состояниями высокой внимательности и высокой активности».

Единая цепь

Исследователи также обнаружили несколько других физиологических явлений, связанных с провалами внимания, в том числе снижение частоты дыхания и сердечного ритма, а также сужение зрачков. Они обнаружили, что сужение зрачков начиналось примерно за 12 секунд до того, как СМЖ вытекал из мозга, а после провала внимания зрачки снова расширялись.

«Интересно, что, похоже, это не только явление в мозге, но и событие, охватывающее все тело. Это говорит о тесной координации этих систем, когда при потере внимания вы можете ощущать это на восприятии и психологически, но это также отражает событие, происходящее во всем мозге и теле», — говорит Льюис.

По мнению исследователей, эта тесная связь между разрозненными событиями может указывать на наличие единой схемы, которая контролирует как внимание, так и функции организма, такие как кровоток, частота сердечных сокращений и возбуждение.

«Эти результаты позволяют нам предположить, что существует единая цепь, которая управляет как тем, что мы считаем очень высокоуровневыми функциями мозга — нашим вниманием, нашей способностью воспринимать мир и реагировать на него, — так и действительно базовыми фундаментальными физиологическими процессами, такими как динамика жидкостей в мозге, кровоток во всем мозге и сужение кровеносных сосудов», — говорит Льюис.

В этом исследовании ученые не изучали, какая цепь может контролировать это переключение, но, по их мнению, одним из вероятных кандидатов является норадренергическая система. Недавние исследования показали, что эта система, которая регулирует многие когнитивные и физиологические функции с помощью нейромедиатора норадреналина, колеблется во время нормального сна.

Исследование: Yang, Z., Williams, S.D., Beldzik, E. et al. Attentional failures after sleep deprivation are locked to joint neurovascular, pupil and cerebrospinal fluid flow dynamics. Nat Neurosci (2025). https://doi.org/10.1038/s41593-025-02098-8

Читайте также: Дневной сон не помогает выводить отходы из головного мозга