Кофеин может изменять сон и влиять на восстановление мозга, как физическое, так и когнитивное, в течение ночи. Новое исследование на эту тему — с применением искусственного интеллекта — провели в Монреальском университете. С его результатами можно ознакомиться на станицах Communications Biology.
Впервые показано, что кофеин увеличивает сложность мозговых сигналов и усиливает критичность мозга во время сна. Интересно, что этот эффект более выражен у молодых людей.
«Критичностью называют состояние мозга на грани между порядком и хаосом. Это как оркестр: если слишком тихо — ничего не происходит, если слишком хаотично — получается какофония. Критичность — это золотая середина, когда активность мозга одновременно организована и гибка. В этом состоянии мозг функционирует оптимально: он может эффективно обрабатывать информацию, быстро адаптироваться, обучаться и принимать решения», — объясняет профессор психологии Карим Джерби, директор Лаборатории когнитивной и вычислительной нейронауки (CoCo Lab) Монреальского университета.
«Кофеин стимулирует мозг и подталкивает его к состоянию критичности, делая его более бодрым, внимательным и реактивным. Хотя это полезно днем для концентрации, ночью такое состояние может мешать отдыху: мозг не сможет полноценно расслабиться и восстановиться», — добавляет профессор Жюли Карье, видная исследовательница сна.
Кофеин и мозговые волны
Ночную мозговую активность 40 здоровых взрослых записывали с помощью электроэнцефалографа в две разные ночи: одну — когда они принимали капсулы с кофеином за три часа, а затем за час до сна, другую — после приема плацебо.
«Мы использовали продвинутый статистический анализ и искусственный интеллект, чтобы выявить тонкие изменения в нейронной активности. Результаты показали, что кофеин увеличивает сложность мозговых сигналов, отражая более динамичную и менее предсказуемую нейронную активность, особенно во время фазы медленного сна, которая критически важна для консолидации памяти и когнитивного восстановления», — говорит стажер Филипп Тельке из CoCo Lab.
Обнаружены заметные изменения в электрических ритмах мозга во время сна: кофеин ослабляет медленные колебания, такие как тета- и альфа-волны, обычно связанные с глубоким, восстановительным сном, и стимулирует бета-активность, которая чаще наблюдается во время бодрствования и умственной нагрузки.
«Эти данные позволяют предположить, что даже во время сна мозг под воздействием кофеина остается в более активном, менее восстановительном состоянии. Изменения ритмической активности мозга могут объяснить, почему кофеин влияет на эффективность ночного восстановления мозга, потенциально сказываясь на обработке памяти», — отметил Джерби.
Молодежь — в зоне риска
Исследование также показало, что влияние кофеина на динамику мозга было значительно более выраженным у молодых людей в возрасте от 20 до 27 лет по сравнению с участниками среднего возраста (41–58 лет), особенно во время фазы быстрого сна, сопровождающейся сновидениями.
Карье объяснила это уменьшением плотности аденозиновых рецепторов с возрастом (аденозин — молекула усталости): «Аденозиновые рецепторы естественным образом уменьшаются с возрастом, что снижает способность кофеина блокировать их и повышать сложность мозговой активности. Это частично объясняет ослабленный эффект кофеина у участников среднего возраста».
Ученые не взялись интерпретировать полученные результаты — нужны дальнейшие исследования, чтобы уточнить, как эти нейронные изменения влияют на когнитивное здоровье и повседневное функционирование, а также для разработки персонализированных рекомендаций по потреблению кофеина.