Долгое время исследования сна рассматривали кору головного мозга как пассивного последователя, реагирующего на сигналы из глубоких отделов мозга. «Обычно считается, что сон контролируется субкортикальными областями», — говорит Джеффри Террал, нейробиолог из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке. Кора — это место, где можно наблюдать медленные ритмы глубокого сна, но исследователи предполагали, что сигналы, запускающие их, зарождаются в другом месте. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature, Террал и Рената Батиста-Брито, руководящая лабораторией, сообщают об обнаружении популяции кортикальных клеток, которая ставит под сомнение это предположение. Эти кортикальные клетки составляют всего около одного процента тормозных нейронов коры, и их включение у мыши погружает животное в сон.

«Наша работа показывает, что кора может не только видеть этот ритм, но и инициировать его сама по себе, и этого достаточно для стимуляции сна», — сказал Террал.

Клетки получили название Sst-Chodl нейронов по двум активным в них генам. Долгодействующие тормозные нейроны, отмеченные активностью этих генов, были известны уже некоторое время на основе исследований на обезьянах, но исследователи не могли понять, как манипулировать ими с помощью этих генов. Нацеливание на любой из этих генов захватывает огромную гетерогенную семью различных нейронов. «Один ген не способен нацелиться на эти клетки», — отметила Батиста-Брито.

Тормозные нейроны составляют примерно пятую часть всех нейронов коры, поэтому Sst-Chodl клетки составляют примерно один нейрон на тысячу в коре. «Если вы не будете по-настоящему специфичны, примеси будут доминировать над специфическими клетками», — пояснила Батиста-Брито. Создание стратегии, которая маркирует клетку только тогда, когда активны оба гена, заняло у ее команды годы.

«Погоня за этими клетками была действительно проектом с высоким уровнем риска, потому что вероятность увидеть что-то при 0,1 процента нейронов в коре очень мала», — сказала Батиста-Брито. «Я написала кучу грантов на эти проекты, которые всегда отклонялись, потому что это было слишком рискованно».

Первый взгляд на анатомию Sst-Chodl нейронов доказал, что риск стоил того. «Сначала я увидела два или три тела клеток во всем мозге», — рассказала Батиста-Брито изданию Ars. «Несмотря на это, наблюдалась мощнейшая, массивная арборизация по всей зрительной коре, какой я никогда не видела ни у одного другого нейрона».

Эта «массивная арборизация» представляет собой древовидное ветвление, которое соединяет нейроны с другими частями мозга, делая их частью более широкой коммуникационной сети. Это также было очень необычно, поскольку тормозные нейроны почти всегда являются локальными. Они получают входы из разных, иногда отдаленных областей мозга и осуществляют контроль над своим ближайшим окружением — своим собственным небольшим участком.

«Sst-Chodl нейроны ведут себя прямо противоположным образом», — сказала Батиста-Брито. «Они получают входы, которые весьма точны, но затем транслируют эту информацию повсюду».

Одна Sst-Chodl клетка ветвится на всю зрительную визуальную кору, а затем отправляет аксоны в зоны мозга, отвечающие за осязание, слух, пространственную память, навигацию и произвольные движения.

Чтобы выяснить, когда эти клетки активируются, команда проводила их визуализацию, одновременно отслеживая размер зрачков мышей, мышечный тонус, движения лица, бег и электрическую активность коры. Девяносто пять из 111 сфотографированных клеток загорались во время медленноволнового сна и спокойного, неподвижного бодрствования, и умолкали во время бега и REM-сна.

Во время медленноволнового сна кора чередуется между состояниями UP активного разряда и состояниями DOWN почти полного молчания; нейроны Sst-Chodl нарушали этот паттерн. «Их активность еще выше при завершении состояния UP», — сказал Террал. «Как только все остальные нейроны начинают снижать свою активность, эти нейроны начинают повышать ее еще сильнее».

Они также пропускают отскок, который другие клетки демонстрируют при выходе из состояния DOWN. «Эти клетки ведут себя совершенно иначе, чем любые другие клетки, которые мы можем измерить вокруг этого перехода», — отметил Террал.

Чтобы по-настоящему понять их функцию, команда заставила нейроны Sst-Chodl активироваться по команде с помощью оптогенетики, которая включает в себя вставку гена светочувствительного ионного канала, способного стимулировать нервные клетки к разряду.

Оптогенетическая стимуляция Sst-Chodl клеток в зрительной коре увеличила мощность дельта-ритма — самых медленных, высокоамплитудных мозговых волн, измеряемых во время глубокого восстанавливающего сна — на каждом слое. Это также уплотнило тайминг спайков и сделало состояния DOWN более частыми и продолжительными. Но общая частота разрядов почти не изменилась.

«Эти нейроны меняют не столько частоту разрядов», — сказал Террал. «Они меняют лишь координацию — разряжаются ли нейроны вместе или нет».

Обычно возбуждение популяции на определенной частоте вовлекает сеть на этой частоте. Здесь это не имело значения. «Если мы делали плоский стимул, или дельта, или 20 герц, или 60 герц, мы все равно вызывали один и тот же тип колебаний», — сказала Батиста-Брито. «Есть что-то во внутренних свойствах этих клеток, благодаря чему, как только они запускаются, они переходят на эту единую частоту».

Она подчеркнула, что в настоящее время мы не знаем, как именно они это делают.

Дальность действия этих нейронов также оказалась необычно большой. «Их тела клеток находились в зрительной коре, но они могли регулировать активность большинства нейронов, которые мы записывали», — сказал Террал.

Прямые тормозные токи появлялись в трети клеток на расстоянии двух миллиметров, а стимуляция зрительной коры оказывала измеримое воздействие даже на лобные моторные зоны.

На заключительном этапе команда сосредоточилась на поведенческих экспериментах. Они проверили, приведет ли стимуляция Sst-Chodl нейронов к засыпанию мышей. Это сработало.

Активация клеток по всей коре свободно передвигающихся мышей увеличила продолжительность медленноволнового и REM-сна, сократила время засыпания и заставила животных уйти в свои гнезда в дневное время.

Затем команда провела эксперимент в темную фазу, когда ночные мыши в основном бодрствуют. «Мы могли заставить их спать больше в то время, когда они бодрствуют, чем они обычно спят днем», — сказала Батиста-Брито.

«Я никогда не думала, что этот эксперимент сработает. Мы манипулируем одним процентом тормозных нейронов с помощью локальных инъекций, поэтому мы попадаем лишь в малую часть этих клеток. И мы смогли увидеть эффект, который действительно поразителен».

Этот эффект, как утверждает Батиста-Брито, указывает на идею о том, что эти нейроны могут быть датчиками давления сна коры, концепцию, впервые предложенную Томасом Килдуффом, директором Центра нейронаук SRI International и соавтором исследования.

Сон, объясняет Батиста-Брито, бывает двух видов: циркадный, следующий за светом, и гомеостатический сон — накопленная усталость, которая в конечном итоге заставляет нас спать независимо от нашего желания. Килдуфф, по словам Батиста-Брито, показал, что после лишения сна эти клетки являются наиболее активными в коре.

Однако один вопрос, на который Батиста-Брито и ее коллеги до сих пор не имеют ответа, заключается в том, что именно активирует эти клетки. Что переключает тумблер?

«Одним из ограничений нашей работы является то, что она проводилась в зрительной коре», — сказала Батиста-Брито. Выводы о координирующей роли Sst-Chodl нейронов, как утверждает команда, должны распространяться на различные области мозга, но фактическая проводка может отличаться.

Лаборатория Батиста-Брито в настоящее время повторяет анатомическую часть своей работы в префронтальной коре. Их прогноз заключается в том, что там мы увидим входы из других областей, таких как гипоталамус и таламус, и именно это запустит сеть специально для сна.

Эти клетки эволюционно сохранены от саламандр до людей, поэтому в статье утверждается, что они могут стать точкой входа для понимания нарушений сна, пронизывающих многие психические заболевания.

В настоящее время команда сосредоточена на трех оставшихся вопросах: что активируют эти клетки, действительно ли они чувствуют давление сна и почему они управляют дельта-мощностью.

Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10876-y