Специалисты Цюрихского университета (Швейцария) под руководством Михаэля Шольца и Томаса Крэмерa искали объективный биологический показатель недосыпа. В отличие от, например, употребления алкоголя, аналога «алкотестера» для усталости нет: инспекторы и работодатели ориентируются на признания человека и субъективные признаки вроде покрасневших глаз и невнятной речи. Целью проекта было понять, можно ли заменить эти неточные оценки быстрым и объективным анализом слюны.
Команда обратилась к метаболомике — науке, изучающей маленькие молекулы‑метаболиты, которые остаются в крови, слюне и других жидкостях как конечные продукты работы организма. Когда мы не спим, меняется обмен веществ, уровень стресса, процессы восстановления — а значит, меняется и набор таких химических веществ.
В исследовании приняли участие 20 здоровых мужчин около 24 лет — именно представители этой группы, согласно статистике, чаще всего попадают в ДТП из‑за сонливости. Каждый участник в случайном порядке за время исследования соблюдал три режима: нормальный сон 8 часов; полное лишение сна (бодрствование более 24 часов); и «мягкий» недосып — по 6 часов сна в течение четырех ночей подряд. Между режимами делали недельный перерыв.
Слюну брали несколько раз в день, помещая ватный тампон под языком. Затем образцы анализировали методом высокоточной масс‑спектрометрии, получая таким образом данные более чем о 6000 молекулярных признаках. Чтобы разобраться в этом массиве, ученые использовали интерпретируемое машинное обучение: алгоритмы распознавали, к какому режиму сна относится образец, без «эталонного» образца того же человека.
«Мы обнаружили, что острая депривация сна влияет примерно на 10% всех биомолекул в слюне. Нашей задачей было найти среди десятков тысяч те маркеры, которые надежно указывают на усталость. С помощью современных технологий нам удалось выделить 10 таких биомаркеров», — говорит соавтор работы Михаэль Шольц.
Модель смогла распознавать полное лишение сна с высокой точностью: если алгоритм «решал», что человек не спал ночь, примерно в 96% случаев он оказывался прав. Наиболее четко различия проявлялись утром и днем; к вечеру химические профили уставших и выспавшихся начинали сближаться — вероятно, из‑за естественной для всех вечерней усталости и сонливости.
Интересно, что четыре ночи по 6 часов сна такого явного следа не оставили: алгоритм плохо отличал «умеренно недосыпающих» от контрольной группы. Вероятно, организму нужно столкнуться с более серьезным дефицитом сна, чтобы он мог оставить яркий метаболический отпечаток.
Практическое значение работы очевидно: в некоторых регионах, например в штате Нью‑Джерси (США), вождение после 24 часов без сна приравнивается к опасному вождению по закону, но объективно доказать, что человек не выспался, сложно. Неинвазивный «тест на недосып» по слюне мог бы помочь как полиции, так и предприятиям с повышенными требованиями к концентрации внимания.
Вместе с тем авторы работы подчеркивают, что они разработали лишь концепцию такого теста. В эксперименте участвовали только молодые мужчины с обычным режимом дня; ученым еще предстоит проверить, как работают маркеры недосыпа у женщин, пожилых людей, работников сменных графиков и людей с нарушениями сна. Важно также понять, как на эти маркеры влияют питание, алкоголь, прием лекарств и насколько химический профиль усталости связан с реальным снижением работоспособности, потому что разные люди переносят недосып по-разному.
Тем не менее исследование показывает: создать объективный, быстрый и неинвазивный тест на острую нехватку сна теоретически возможно, и слюна для этого подходит как нельзя лучше.
Ранее российские ученые выяснили, какие молекулярные сбои запускает хронический недосып.
Источник: hi-tech.mail.ru