Новое исследование раскрывает неожиданные эффекты кофеина на мозг во время сна.
Кофеин — это не только утренний кофе. Он есть в чае, шоколаде, энергетических напитках и многих популярных газировках, что делает его одним из самых распространённых психоактивных веществ в мире.
Новое исследование Университета Монреаля показывает, что кофеин делает больше, чем просто помогает не спать. В статье, опубликованной в журнале Communications Biology, учёные выяснили, что кофеин может изменять процесс ночного восстановления мозга, влияя как на физическое восстановление, так и на когнитивные функции.
Исследование возглавил Филипп Тёльке, стажёр-исследователь Лаборатории когнитивной и вычислительной нейронауки (CoCo Lab) Университета Монреаля, вместе с Каримом Джерби, профессором психологии и исследователем Института искусственного интеллекта Квебека (Mila).
В сотрудничестве с экспертом по сну и старению Жюли Карье и её командой из Центра передовых исследований в области медицины сна Университета Монреаля учёные использовали искусственный интеллект и электроэнцефалографию (ЭЭГ), чтобы изучить неожиданные эффекты кофеина на сон.
Они впервые показали, что кофеин увеличивает сложность мозговых сигналов и повышает «критичность» мозга во время сна. Причём этот эффект был более заметен у молодых взрослых.
«Критичность — это состояние мозга, которое находится в балансе между порядком и хаосом, — объяснил Джерби. — Это как оркестр: слишком тихо — ничего не происходит, слишком хаотично — получается какофония. Критичность — это золотая середина, где активность мозга организована и гибка. В таком состоянии мозг работает оптимально: он эффективно обрабатывает информацию, быстро адаптируется, учится и принимает решения с ловкостью».
Жюли Карье добавила: «Кофеин стимулирует мозг и переводит его в состояние критичности, где он более бодрый, внимательный и реактивный. Это полезно днём для концентрации, но ночью такое состояние может мешать отдыху: мозг не расслабляется и не восстанавливается должным образом».
40 взрослых обследованных
Чтобы изучить, как кофеин влияет на мозг во время сна, команда Жюли Карье записала ночную мозговую активность 40 здоровых взрослых с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Они сравнивали активность мозга каждого участника в две разные ночи: в одну ночь участники принимали капсулы с кофеином за три часа и за час до сна, а в другую — плацебо в те же временные интервалы.
«Мы использовали продвинутый статистический анализ и искусственный интеллект, чтобы выявить тонкие изменения в нейронной активности», — сказал Филипп Тёльке, первый автор исследования. «Результаты показали, что кофеин увеличивает сложность мозговых сигналов, отражая более динамичную и менее предсказуемую нейронную активность, особенно во время фазы сна без быстрых движений глаз (NREM), которая критически важна для консолидации памяти и когнитивного восстановления».
Исследователи также обнаружили заметные изменения в электрических ритмах мозга во время сна: кофеин ослаблял медленные колебания, такие как тета- и альфа-волны, которые обычно связаны с глубоким, восстанавливающим сном, и стимулировал активность бета-волн, характерных для бодрствования и умственной активности.
«Эти изменения говорят о том, что даже во время сна мозг остаётся в более активном, менее восстанавливающем состоянии под влиянием кофеина», — отметил Карим Джерби, обладатель Канадской исследовательской кафедры по вычислительной нейронауке и когнитивной нейровизуализации. «Изменение ритмической активности мозга может объяснить, почему кофеин снижает эффективность ночного восстановления мозга, что может повлиять на обработку памяти».
Люди в возрасте 20 лет чаще страдают
Исследование также выявило, что воздействие кофеина на динамику мозга было значительно сильнее у молодых взрослых в возрасте от 20 до 27 лет по сравнению с участниками среднего возраста (41–58 лет), особенно во время фазы быстрого сна (REM), связанной с сновидениями.
У молодых людей наблюдался более выраженный отклик на кофеин, вероятно, из-за более высокой плотности аденозиновых рецепторов в их мозге. Аденозин — это молекула, которая накапливается в мозге в течение дня, вызывая чувство усталости.
«Количество аденозиновых рецепторов с возрастом естественно уменьшается, что снижает способность кофеина блокировать их и повышать сложность работы мозга. Это может частично объяснить меньший эффект кофеина у участников среднего возраста», — пояснила Жюли Карье.
Эти возрастные различия указывают на то, что молодые мозги более восприимчивы к стимулирующему действию кофеина. Учитывая широкое распространение кофеина по всему миру, особенно как ежедневного средства от усталости, исследователи подчёркивают важность понимания его сложного воздействия на мозговую активность в разных возрастных группах и при различных состояниях здоровья.
Они добавляют, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить, как эти нейронные изменения влияют на когнитивное здоровье и повседневную активность, а также для разработки персонализированных рекомендаций по потреблению кофеина.