Ученые говорят, что мозг расходует необычно много энергии по сравнению с большинством органов. Даже когда тело отдыхает, мозг продолжает обрабатывать информацию, и он регулирует, как расходуются доступные ресурсы в разных внутреннем состояниях. Новые данные показывают, что в REM-сне, который часто ассоциируется с яркими сновидениями и обработкой памяти, возникает парадокс: приток «топлива» в мозг возрастает, а фактическое количество энергии, которая напрямую питает нейроны, снижается. Этот эффект описывают как очередное «парадоксальное» свойство REM-сна. Источник сообщает, что исследования связаны с попытками понять, как мозг балансирует энергетический бюджет в переходах между состояниями сна. (ID 1, ID 2, ID 3)

Для наблюдения за мозговой энергетикой во время естественного сна авторы применили методику, которая позволила увидеть мозг сквозь череп. В кости головы мышей заложили светопроницаемый полимер, чтобы наблюдать за мозгом в реальном времени. Затем фиксировали изменения объема мозгового кровоснабжения как сигнал притока «п топлива» к мозгу, и одновременно измеряли уровень нейронального ATP — главной энергетической молекулы — наряду с уровнем астроцитарного пирувата, важной связующей молекулы между кровью и энергией мозга. (ID 6, ID 7)

При переходе мозгa из не‑REM сна в REM наблюдали особый паттерн. За примерно 50 секунд до начала REM кровь в мозге начинала увеличиваться, сначала в затылочной области, затем распространяясь вперед — возможно, эта система подготавливает мозг метаболически к REM. Прежде чем мы видим классическое начало REM, произошло нарастание кровоснабжения. У самого REM же наблюдали рост астроцитарного пирувата, указывающий на возросшую доступность метаболического топлива или усиление гликолиза в астроцитах. Но в то же самое время уровень нейронного ATP упал. (ID 11, ID 12, ID 13)

Исследователи обсуждают несколько объяснений снижения ATP у нейронов во время сновидений. Возможно, во время REM нейронам требуются большие объёмы ATP для поддержания переработки памяти, взаимодействия между гиппокампом и корой или для широких переходов между мозговыми цепями. Другой вариант — перенаправление метаболических ресурсов от астроцитов к нейронам может меняться в REM, или же производство ATP митохондриями может сдвигаться в этот период. Какой бы механизм ни был, данные показывают: dreaming brain может работать с необычно высокими энергетическими расходами, даже когда приток топлива возрастает. (ID 15, ID 16, ID 17, ID 18)

Эти результаты позволяют взглянуть на работу мозга в более широком контексте энергетики. По выводам часть учёных может касаться фундаментального характера биологической вычислительной системы: в отличие от обычных компьютеров животные мозги должны действовать внутри строгих метаболических ограничений. Нерегулярное перераспределение ресурсов в зависимости от состояния поведения и памяти может быть нормой. Руководивший исследованием Тахахаси замечает: «Понимание того, как мозг балансирует приток энергии и её расход, может объяснить, почему биологический интеллект так эффективен; REM‑сон показывает естественный пример переработки энергетической экономики мозга для поддержки сложной внутренней обработки». (ID 21, ID 22)