Вчені розкривають приховані хвилі кровотоку в мозку

Дослідження, фінансоване NIH, кидає виклик загальноприйнятій думці, показуючи, що потік крові створює хвилі на поверхні мозку миші. Вперше дослідники нанесли на карту всю мережу кровоносних судин у корі головного мозку мишей у свідомості, виявивши ритмічні розширення та звуження цих судин, які створюють «хвилі» на поверхні мозку. За підтримки Національного інституту здоров’я (NIH) це дослідження розширює наші знання про доставку крові до мозку, хоча мета цих хвиль досі залишається загадкою.

Мережа еластичних і активно насосних судин, що несуть збагачену киснем кров, охоплює поверхню мозку перед тим, як увійти в кору. Там вони потрапляють у другу мережу капілярів, які постачають кисень глибше в тканини. За допомогою експериментальних методів і аналізу, заснованих на фізиці, дослідники побачили, що окрім імпульсів кровотоку, які відбуваються з кожним ударом серця, існують повільніші хвилі змін кровотоку, які проносяться через мозок і відбуваються приблизно раз на десять секунд.

Зміни кровотоку, які відбуваються з цими повільними хвилями, становили до 20% усього кровопостачання мозку. Дивно, але це явище мало пов’язане зі змінами в діяльності мозку.

Наслідки судинної діяльності

Хвилі створили видимі опуклості в кровоносних судинах, які допоможуть змішати рідину навколо клітин мозку. Це впливає на те, як відходи та інші матеріали видаляються з рідини, що оточує клітини мозку. Оскільки хвилі роздутих кровоносних судин рухаються в різних напрямках, автори припускають, що імпульси розширення та звуження кровоносних судин, швидше за все, беруть участь у змішуванні рідини навколо них, а не активно переміщують її в заданому напрямку. Незважаючи на це, ця активність змішування може допомогти у видаленні неправильно згорнутих білків та інших компонентів з мозку в спинномозкову рідину, яка його оточує. Цей процес вважається важливим захисним механізмом для різноманітних неврологічних розладів, таких як хвороба Альцгеймера та інші пов’язані з нею деменції, і більш активний під час сну.

Ці висновки також можуть вплинути на сучасні підходи до інтерпретації фМРТ- сканувань, які вимірюють зміни в оксигенації крові в структурах мозку під час їх активації. Зокрема, виявлення того, що ці хвилі змін кровотоку відбуваються значною мірою незалежно від активності мозку, свідчить про новий рівень складності, який необхідно враховувати при інтерпретації зв’язку між даними фМРТ та активацією мозку.

Це дослідження було частково профінансовано Ініціативою NIH «Дослідження мозку через розвиток інноваційних нейротехнологій ^®» (BRAIN) (U19NS123717, R01NS108472), Національним інститутом неврологічних розладів та інсульту NIH (R35NS097265), Національним інститутом психічного здоров’я NIH (R01MH111438), і Національний інститут біологічної візуалізації та біоінженерії NIH (U24EB028942, R01EB026936).