Біологи вперше зареєстрували активність мозку ведмедів-барибалів під час зимової сплячки та проаналізували її за допомогою алгоритмів машинного навчання. З’ясувалося, що понад третину часу у період зимової сплячки ведмеді проводили у стані неспання, водночас тривалість як повільної, так і швидкої фаз сну була приблизно удвічі довшою, ніж влітку. Автори сподіваються, що подальший аналіз записів може допомогти пояснити, які фізіологічні функції виконує цей додатковий сон. Дослідження опублікували у журналі PLOS One.
Ведмідь-барибал у національному парку в Північній Кароліні, США. Ken Thomas / Wikimedia Commons
Чому ведмежий сон зацікавив біологів?
Зимову сплячку тварин називають сном лише умовно. Перевірити, чи справді тварина у цей період спить, можна лише за допомогою реєстрації активності мозку. Однак у більшості дрібних тварин у цей період температура тіла опускається настільки, що надійно проаналізувати зроблені записи неможливо. Водночас у барибалів (Ursus americanus) під час сплячки обмін речовин знижується приблизно на 75 відсотків, але температура тіла падає лише до 30–35 градусів Цельсія, що може дозволити упродовж усієї зими реєструвати електричну активність мозку і розрізняти неспання, повільну та швидку фази сну. Тому вивченням сну саме цих тварин зайнялася міжнародна команда науковців на чолі з американськими дослідниками з Інституту арктичної біології.
Як досліджували зимовий сон ведмедів?
Щоб з’ясувати, що відбувається в організмі великих тварин під час сплячки, науковці вживили датчики шістнадцятьом барибалам, яких раніше відловили через небезпечність для людей і утримували в умовах, наближених до природних. Датчики реєстрували електричну активність мозку, рухи очей, активність м’язів, температуру тіла та інші фізіологічні показники та дистанційно передавали дані на комп’ютер. На момент написання статті дослідникам вдалося зібрати інформацію за понад 3500 діб.
Оскільки такий великий обсяг даних було неможливо проаналізувати вручну, дослідники вирішили застосувати автоматичний аналіз. Спочатку експерти продивилися набори 10-секундних фрагментів записів від шести ведмедів, вручну позначили у них фази неспання, швидкого та повільного сну, а потім ці дані використали для тренування двох моделей машинного навчання — Somnivore та Somnotate, які проаналізували повні вибрані 24-годинні записи від цих же шести тварин.
Барибали не спали приблизно третину часу з зимової сплячки. Laura Wolf / Flickr
З’ясувалося, що в середньому ведмеді проводили у повільному сні 42,9 відсотка доби, у швидкому — 22 відсотки, тобто загалом спали майже дві третини часу, тоді як 34,6 відсотка часу припадало на неспання. Влітку ведмеді спали трохи менш як третину доби: 21,9 відсотка часу припадало на повільний сон, 9,7 відсотка — на швидкий, тоді як 68 відсотків часу ведмеді проводили у стані неспання.
Чи є зимова сплячка справжнім сном?
Автори роблять висновок, що ведмежа сплячка справді супроводжується значним збільшенням тривалості обох фаз сну, проте ведмеді регулярно переходять між станами сну та неспання. Науковці наголошують, що досліджені записи охоплювали лише по дві доби із середини найхолоднішого періоду сплячки для кожної з тварин. Цього достатньо, щоб побачити відмінності між зимовим та літнім сном, але замало, щоб з’ясувати, як на структуру сну можуть впливати температура довкілля, тремтіння, зміни температури тіла, перехід до сплячки або вихід із неї.
Що відбувається з тваринами у сплячці
💦 Ховрахам під час зимової сплячки виявилися здатними пригнічувати сигнали в мозку, які викликають відчуття спраги, навіть коли мають значний дефіцит води в організмі.
🧬 Лемури захистилися від стресу під час пробудження зі сплячки завдяки подовженню теломерів — ділянок на кінцях хромосом, які захищають їх від вкорочення при старінні.
😴 А вплив на мозок мишей сфокусованим ультразвуком дозволив на добу ввести їх у стан, що нагадує сплячку.
