Нейронные популяции, активируемые при бодрствовании и регулирующие потребность во сне

Длительное бодрствование повышает потребность во сне, что обычно компенсируется увеличением продолжительности сна. Эта гомеостатическая регуляция сна оказывает глубокое влияние на нашу жизнь, однако лежащие в её основе нейронные механизмы остаются недостаточно изученными. В настоящем исследовании с использованием картирования активности всего мозга, направленных манипуляций нейронами и электрофизиологических методов у мышей выявлены нейроны, активируемые при бодрствовании и регулирующие потребность во сне. Сопоставляя реакции всего мозга на депривацию сна, восстановительный сон и циркадное поведение, мы определили переднюю медиальную преоптическую область и срединное ядро шва как предполагаемые регионы, кодирующие дефицит сна. Активация клеток этих областей, реагирующих на депривацию сна, увеличивала продолжительность и интенсивность сна, делая его похожим на восстановительный сон. Напротив, торможение клеток, реагирующих на депривацию, сокращало продолжительность сна и устраняло обычно наблюдаемое при депривации повышение склонности ко сну. Нейроны срединного ядра шва, реагирующие на депривацию сна, проецируются в подкорковые области, связанные со сном, и действуют через преоптическую область гипоталамуса. Эти чувствительные к депривации клетки включают серотонинергические нейроны и отдельную популяцию ГАМКергических нейронов, внутренняя возбудимость которых повышается при депривации сна. Совместная активация ГАМКергических и серотонинергических нейронов синергично способствует сну, тогда как их совместное торможение приводит к хроническому сокращению сна почти на 70%. Примечательно, что большинство мышей выживали, несмотря на столь значительное уменьшение продолжительности сна, без компенсаторного усиления потребности во сне и поведенческих нарушений, обычно связанных с тяжёлой депривацией сна. В совокупности эти результаты характеризуют популяции нейронов, активируемые во время бодрствования и играющие ключевую роль в формировании потребности во сне.1–3