1.
Какие функции реализует REM-фаза сна?
С момента открытия быстрого сна (REM-фаза) в 50-е годы XX века (Aserinsky, E., & Kleitman, N., 1953) его функциональное значение не переставало удивлять исследователей. С одной стороны, быстрый сон повсеместно был зафиксирован у большинства видов, имел последовательную и функционально значимую траекторию на протяжении раннего развития, составлял 20% ночного сна у людей и вносил свой вклад во множество когнитивных процессов. С другой стороны, исследования также показали, что люди могут выживать без быстрого сна, как это было показано в исследованиях, которые его блокировали с помощью ингибиторов моноаминоксидазы и , что было зарегистрировано генетически в некоторых семьях (Siegel, J. M., 2001). Возможно, две основные функции быстрого сна заключаются в "уточнении" и "спасении" представлений памяти, которые были недавно закодированы во время бодрствования и впоследствии повторно активированы во время медленного сна. Поскольку слово «уточнять» подразумевает процесс, посредством которого нежелательные элементы удаляются, так что конечный продукт очищается и оттачивается, можно предположить, что быстрый сон очищает отдельные воспоминания, разбирая их на основные сетевые узлы (Shuster, A. et.al., 2024). Он делает это, усиливая активность нескольких ключевых нейронов, избирательно настроенных на приоритетную (т. е. усвоенную или обученную) информацию, и в то же время снижая общую активность большинства нейронов, активированных воздействием опыта при кодировании. Можно определить "спасение" как восстановление после катастрофического конца, например, с памятью, которая в противном случае обречена на забвение. Во всех недавно закодированных опытах REM-сон спасает воспоминания, выравнивая пики представлений, так что как сильные, так и слабые воспоминания более одинаково доступны для извлечения, аналогично цифровому аудиопроцессу нормализации громких и тихих звуков (т.е. пиковой нормализации). Таким образом, преобладающее действие REM-сна заключается в повышении соотношения сигнал/шум путем сужения (уточнения) и нормализации (спасения) представлений.
В чем особенности сна детей и беременных женщин?
По сравнению с исследованиями взрослых, REM-сон в раннем развитии изучен недостаточно, что является проблемой, учитывая, что все животные спят больше всего в молодом возрасте, при этом REM-сон преобладает во время беременности и младенчества по сравнению со всеми другими стадиями жизни у всех видов (Blumberg, M., et.al., 2020). Цикл сна становится более структурированным и соответствующим возрасту плода, анатомическому и нейронному созреванию цепей нейронов. В срок (приблизительно 40 недель) сон новорожденных состоит из равного количества REM-сна и NREM-сна. REM-сон на этих ранних стадиях жизни был тесно связан с формированием мозга посредством активации развивающихся нейронных цепей и устранения лишних нейронных связей. На неонатальной стадии мозг находится в динамическом состоянии, создавая новые связи, как локальные, так и дальние. Эндогенная нейронная активация и сенсорно-управляемая активация через подергивания плода увеличивают активацию развивающихся нейронных сетей. Предполагают, что быстрый сон необходим для формирования раннего развития мозга посредством укрепления цепей нейронов, необходимых для осознанной деятельности бодрствования (Roffwarg H., et.al., 1966). Исследователи установили траекторию созревания мощности медленноволновой электроэнцефалограммы сна без быстрого движения глаз (NREM), которая резко падает в подростковом возрасте.
С какого срока беременности можно зафиксировать у плода REM-фазу сна?
У людей состояния сна динамически меняются в течение гестационного и постнатального периода. Нейронная электрофизиологическая активность может быть обнаружена около 20 недель беременности, с увеличением организации и непрерывности электрической активности. Примерно к 28 неделям беременности можно наблюдать REM-сон, NREM-сон и неопределенную стадию сна (Nijhuis J. et.al., 1982).
Как количество и качество REM-сна влияет на когнитивное развитие детей?
Данные ряда исследований связывают количество и качество раннего REM-сна с долгосрочными результатами развития и когнитивными функциями REM-сна у недоношенных детей, которые, как правило, происходят во время фазового REM-сна и сочетаются с тета-всплесками в гиппокампе и связаны с лучшими показателями индекса интеллектуального развития, что позволяет предположить, что младенцы с большим количеством REM-сна во время REM-сна могут испытывать большую эндогенную стимуляцию областей мозга, необходимых для лучшего долгосрочного когнитивного развития (Watt JE, Strongman KT. 1985). Кроме того, общее количество быстрого сна и скорость, с которой уменьшается доля быстрого сна, связаны с долгосрочным когнитивным развитием, включая показатели индекса умственного развития, двигательные навыки и интеллектуальные результаты.
2.
Каким образом когнитивные функции связана с фазами сна?
Эмоциональное, но не нейтральное, улучшение памяти было связано с быстрым сном и мощностью тета-волн , аналогичные результаты были получены с веретенами сна не быстрого движения глаз (NREM) (Simon K., et.al., 2022). Состояние "сна-родственника" быстрого сна, NREM-сна, показало нескольких маркеров электроэнцефалограммы ( веретен, медленных колебаний, острой волновой ряби), которые, по-видимому, играли ключевую роль в консолидации памяти в автономном режиме как в моделях людей, так и животных и могли быть алгоритмически обнаружены и экспериментально модулированы с использованием широкого спектра вмешательств (например, электрических, звуковых, обонятельных, целенаправленной повторной активации памяти -TMR). Исследования медленного сна, легли в основу принципов важных теоретических моделей улучшения памяти, зависящего от сна (например, консолидации активных систем, гипотез гомеостаза синапсов, оппортунистической консолидации и др), , которые объясняли лишь половину функций сна (Giuditta, A.,et.al., 1995). Несколько исследований продемонстрировали роль быстрого сна в извлечении обобщений и правил, а также в создании творческих связей (Pereira, S., et.al., 2023). Время в фазе быстрого сна связано с лучшим извлечением общих признаков, особенно для низкочастотных, более слабых, что согласуется с процессом, который уточняет представления до их основных узлов, а также пиковой нормализацией слабых и сильных представлений. Интересно, что некоторые авторы сообщили о параллельных, но более сильных эффектах в течение всей ночи сна (несколько циклов NREM/REM сна) по сравнению с дремотой (один цикл NREM/REM сна), предполагая, что извлечение общих признаков увеличивалось с большими возможностями для реактивации во время NREM сна и уточнения и восстановления во время REM сна (Schapiro A., et.al., 2017).
3.
Что показали современные исследования REM-фазы сна?
Технические достижения в подходах к визуализации дали представление о функции нейронов, зависящей от быстрого сна, включая измерение дендритных шипиков и отслеживание определенных молекул на протяжении всего процесса, связанного с памятью. Большое количество исследований выявило большую симметрию между подходами к исследованиям человека и животных и их результатами, включая магнитно-резонансную спектроскопию баланса концентраций возбуждающих/тормозящих трансмиттеров (баланс E/I) и внутричерепные записи и целевую стимуляцию определенной памяти и нейронных событий во время сна. Кроме того, большую роль сыграло открытие нейронных событий в электроэнцефалограмме, снятой с кожи головы человека, связанных с когнитивными изменениями, т. е. тета- и альфа-всплески во время быстрого сна, оказались ассоиированными со зрительным перцептивным обучением и забыванием, зависящим от гиппокампа, что , обещает установление пространственно-временных маркеров процессов быстрого сна (Shuster A., et.al. 2024).
Литература
Aserinsky, E., & Kleitman, N. (1953). Regularly occurring periods of eye motility, and concomitant phenomena, during sleep. Science, 118(3062), 273-274.
Blumberg, M. S., Lesku, J. A., Libourel, P. A., Schmidt, M. H., & Rattenborg, N. C. (2020). What is REM sleep?. Current biology, 30(1), R38-R49.
Giuditta, A., Ambrosini, M. V., Montagnese, P., Mandile, P., Cotugno, M., Zucconi, G. G., & Vescia, S. (1995). The sequential hypothesis of the function of sleep. Behavioural brain research, 69(1-2), 157-166.
Nijhuis JG, Prechtl HFR, Martin CB, Bots RSGM.. Are there behavioural states in the human fetus? Early Hum Dev. 1982;6(2):177–195
Pereira, S. I. R., Santamaria, L., Andrews, R., Schmidt, E., Van Rossum, M. C., & Lewis, P. (2023). Rule abstraction is facilitated by auditory cuing in REM sleep. Journal of Neuroscience, 43(21), 3838-3848.
Roffwarg HP, Muzio JN, Dement WC.. Ontogenetic development of the human sleep-dream cycle. Science. 1966;152(3722):604–619.
Schapiro AC, McDevitt EA, Chen L, Norman KA, Mednick SC, Rogers TT.. Sleep benefits memory for semantic category structure while preserving exemplar-specific information. Sci Rep. 2017;7:14869
Shuster AE, Chen PC, Niknazar H, McDevitt EA, Lopour B, Mednick SC.. Novel electrophysiological signatures of learning and forgetting in human rapid eye movement sleep. J Neurosci. 2024;44(24):e1517232024
Shuster, A. E., Morehouse, A., McDevitt, E. A., Chen, P. C., Whitehurst, L. N., Zhang, J., ... & Mednick, S. C. (2025). REM refines and rescues memory representations: a new theory. Sleep Advances, 6(1), zpaf004.
Siegel, J. M. (2001). The REM sleep-memory consolidation hypothesis. Science, 294(5544), 1058-1063.
Simon KC, Whitehurst LN, Zhang J, Mednick SC.. Zolpidem maintains memories for negative emotions across a night of sleep.
Watt JE, Strongman KT. The organization and stability of sleep states in fullterm, preterm, and small-for-gestational-age infants: a comparative study. Dev Psychobiol. 1985;18(2):151–162 Affective Sci. 2022;3(2):389–399.
Добавить комментарий