Почему люди спят: впервые наука получила прямой ответ на этот вопрос

В новом исследовании ученые объединили физику и биологию, чтобы получить прямые доказательства того, почему люди спят, пишет New Atlas.

Исследователи рассмотрели работу мозга как биологического компьютера, ресурсы которого истощаются во время бодрствования. Ученые продемонстрировали, что сон предназначен для перезагрузки "операционной системы" мозга, возвращая ее в оптимальное состояние для обратки информации и мышления.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Вопрос о том, почему мы спим, давно мучил ученых. Некоторые теории говорили о том, что сон выводит из мозга токсины, другие, что он восполняет энергию в организме, а третьи – формирует долговременные воспоминания.

Теперь же ученые из Вашингтонского университета в Сент-Луисе предоставили прямые доказательства, которые отвечают на вопрос.

"Наш мозг похож на биологический компьютер. Память и опыт во время нашего бодрствования меняют код, медленно выводя большую систему от ее идеального состояния. Основа же цель сна – восстановить оптимальное вычислительное состояние", — говорит автор исследования Кит Хенген.

Сравнение мозга с компьютером не слишком дикая идея, как может показаться на первый взгляд. Они оба используют электрические сигналы для передачи информации, долговременная память похожа на жесткий диск для хранения информации, а нейроны подобны схемам.

Использование компьютера характеризуется запуском в фоновом режиме множества процессов, которые используют ресурсы, что со временем приводит к замедлению работы. Применив "критическую гипотезу", исследователи предположили, что мозг работает аналогичным образом.

В области физики "критическая гипотеза" применяется к сложным системам, которые функционируют на грани между порядком и хаосом. Эта концепция была впервые разработана в конце 1980-х годов. Демонстрация концепции заключалась в сбрасывании тысяч песчинок на шахматную сетку. Кучки песка в конечном итоге достигали точки, когда большие и малые лавины начинались хаотично, при чем кучки песка в одном квадрате скатывались на соседние.

"Вся система начинала организовываться в нечто чрезвычайно сложное", — говорит соавтор исследования Ральф Вессель.

Исследователи сравнили каждый нейрон в мозге с отдельными песчинками. Эксперимент показал, что нейронные лавины похожи на песчаные, которые достигли наиболее сложного состояния. Если нейроны достигают золотой середины между слишком высокой упорядоченностью и максимальным хаосом, они достигают критичности. Именно в этом состоянии обработка информации мозгом является максимальной.

"Наши результаты показали, что время бодрствования отталкивает соответствующие цепи мозга от критичности, но сон помогает ему перезагрузится", — добавляет Хенген.

Полученные данные подтверждают модель, в которой функция сна направлена на восстановление критичности, снижающейся во время бодрствования. Именно поддержание состояния критичности является основной регенеративной функцией сна.

Напомним, ученые раскрыли неожиданную пользу дневного сна, в какое время и сколько стоит спать. Исследователи полагают, что легкий сон в течение дня способен улучшить концентрацию и память, и даже предотвратить разрушительную болезнь.