Чому люди сплять: уперше наука отримала пряму відповідь на це запитання

У новому дослідженні вчені об'єднали фізику та біологію, щоб отримати прямі докази того, чому люди сплять, пише New Atlas.

Дослідники розглянули роботу мозку як біологічного комп'ютера, ресурси якого виснажуються під час неспання. Вчені продемонстрували, що сон призначений для перезавантаження "операційної системи" мозку, повертаючи її в оптимальний стан для зворотного оброблення інформації та мислення.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Питання про те, чому ми спимо, давно мучило вчених. Деякі теорії говорили про те, що сон виводить із мозку токсини, інші, що він заповнює енергію в організмі, а треті — формує довготривалі спогади.

Тепер же вчені з Вашингтонського університету в Сент-Луїсі надали прямі докази, які відповідають на запитання.

"Наш мозок схожий на біологічний комп'ютер. Пам'ять і досвід під час нашого неспання змінюють код, повільно виводячи велику систему від її ідеального стану. Основа ж мета сну — відновити оптимальний обчислювальний стан", — каже автор дослідження Кіт Хенген.

Порівняння мозку з комп'ютером не надто дика ідея, як може здатися на перший погляд. Вони обидва використовують електричні сигнали для передавання інформації, довготривала пам'ять схожа на жорсткий диск для зберігання інформації, а нейрони подібні до схем.

Використання комп'ютера характеризується запуском у фоновому режимі безлічі процесів, які використовують ресурси, що з часом призводить до уповільнення роботи. Застосувавши "критичну гіпотезу", дослідники припустили, що мозок працює аналогічно.

У галузі фізики "критична гіпотеза" застосовується до складних систем, які функціонують на межі між порядком і хаосом. Цю концепцію було вперше розроблено наприкінці 1980-х років. Демонстрація концепції полягала у скиданні тисяч піщинок на шахову сітку. Купки піску в кінцевому підсумку досягали точки, коли великі й малі лавини починалися хаотично, при чому купки піску в одному квадраті скочувалися на сусідні.

"Уся система починала організовуватися в щось надзвичайно складне", — каже співавтор дослідження Ральф Вессель.

Дослідники порівняли кожен нейрон у мозку з окремими піщинками. Експеримент показав, що нейронні лавини схожі на піщані, які досягли найбільш складного стану. Якщо нейрони досягають золотої середини між надто високою впорядкованістю та максимальним хаосом, вони досягають критичності. Саме в цьому стані обробка інформації мозком є максимальною.

"Наші результати показали, що час неспання відштовхує відповідні ланцюги мозку від критичності, але сон допомагає йому перезавантажитися", — додає Хенген.

Отримані дані підтверджують модель, у якій функція сну спрямована на відновлення критичності, що знижується під час неспання. Саме підтримання стану критичності є основною регенеративною функцією сну.

Нагадаємо, вчені розкрили несподівану користь денного сну, в який час і скільки варто спати. Дослідники вважають, що легкий сон протягом дня здатний поліпшити концентрацію і пам'ять, і навіть запобігти руйнівній хворобі.