Мозг во время нашего сна
Что происходит с мозгом, когда мы спим?
В среднем, сон занимает примерно треть жизни человека. Это физиологическая потребность, без которой мы не смогли бы нормально существовать. Известно, что без сна человек может прожить 11 суток — это зафиксированный рекорд, который установил Рэнд Гарднер. Другой вопрос, как это повлияло на его когнитивные функции и организм в целом? Чтобы это понять, разберем, как происходит процесс сна.
Фазы сна
Сон является своеобразной перезагрузкой организма — тело отдыхает, мы восстанавливаемся физически, а мозг обрабатывает всю поступившую информацию от органов чувств. Чтобы полноценно отдохнуть, нам необходимо получить комплекс из 2 фаз сна — медленного и быстрого, вместе они занимают примерно 1,5–2 часа времени и циклично сменяют друг друга.
Фаза медленного сна занимает примерно три четверти цикла:
3–4. Глубокий сон, который объединяет 3 и 4 стадии. Он сопровождается максимальным расслаблением мышц, сердцебиение и дыхание замедляются. Это самый важный период, поскольку именно от качества глубокого сна будет зависеть, насколько мы выспимся.
Фаза быстрого сна
Что в это время делает мозг
Ученые давно доказали, что мозг не отключается во сне, а проявляет даже большую активность, чем во время бодрствования. Он обрабатывает данные, полученные в течение дня и собирает их в определенную структуру. В это время происходит большая аналитическая работа для правильного распределения информации. Результаты этой деятельности хорошо отражены в пословице «утро вечера мудренее».
Сновидения, которые мы видим, являются продуктом ночной работы мозга. Все наши переживания, новый опыт и нерешенные задачи отражаются в них. Поскольку мыслительная деятельность не прекращается, на утро к нам приходят свежие идеи и ответы. Знаменитая легенда создания таблицы Менделеева — что он увидел ее во сне — есть ничто иное, как показатель продуктивной работы мозга. Накануне Дмитрий Иванович купил в лавке карточки, на них написал свойства элементов и их названия, и далее из этих карточек раскладывал пасьянс. Он делал это везде: в поездах, в столовых, в гостях, у себя дома. И однажды, придя домой после карточной игры, он задремал, а на утро понял, что решение найдено. Он увидел некую комбинацию, согласно которой разложил эти карточки.
Как мы видим, мозги во сне вовсе не отдыхают, а активно работают. Это очередной раз доказывает, что деятельность мозга непрерывна и очень сложно устроена. Чтобы поддерживать ее в тонусе, необходимо регулярно тренировать когнитивные функции — внимание, память и мышление. 15 минут онлайн-тренировок в день дадут быструю подзарядку мозгу для продуктивной работы и новых свершений.
Что происходит в мозге во время сна и можно ли это записать?
Мы знаем, что находится за пределами нашей планеты, Солнечной системы и галактики. Но то, что происходит когда мы видим сны, остается для ученых загадкой. Впервые записать мозговую активность спящего человека удалось ученым из Чикагского университета в 1952 году. Именно тогда, в ходе наблюдений за электрической мозговой активностью спящих испытуемых, состоялось открытие фазы быстрого движения глаз (rapid eye movement, REM), во время которой мы видим сны. Поначалу исследователи думали, что полученные данные – поломка оборудования, раз показывает, что посреди ночи человек начинает быстро вращать глазами. Не обнаружив в оборудовании неполадок ученые зашли в комнату, посветили фонариком на глаза спящего и увидели, что глаза действительно двигались под веками туда и обратно, в то время как тело лежало неподвижно. Благодаря этому открытию мы знаем, сегодня что существует несколько стадий сна. Примечательно, что когда испытуемых будили посреди фазы быстрого сна, чаще всего они помнили что им снилось. Но можно ли записывать сны?
Возможно в будущем мы будем делиться видеозаписями своих снов с друзьями
Как мозг создает сновидения?
Ключевая фигура в науке о сне Уильям Демент, профессор Стэнфордского университета, в 1957 году совершил революционное открытие: во время фазы быстрого сна мозг человека так же активен, как и во время бодрствования. При этом он работает в особом режиме. Демент выдвинул теорию о том, что человеческий мозг функционирует по-разному в соответствии с тремя периодами: сон, бодрствование и фаза быстрого движения глаз.
Следующим важным событием в изучении сновидений, как пишет «Теории и практики» стал «кошачий» эксперимент французского исследователя Мишеля Жуве. В ходе эксперимента ученый нанес животным небольшие повреждения в области ствола головного мозга и обнаружил, что механизмы, которые блокируют движения во время фазы быстрого сна можно остановить. В результате спящие кошки выгибали спины, шипели и набрасывались на невидимых врагов, разыгрывая свои сны. Они «бывали настолько свирепы, что экспериментатору даже приходилось отскакивать», — записал он. Стоило кошке яростно броситься на врага, как она внезапно просыпалась и сонно огладывалась вокруг, не понимая, где находится.
Сны могут казаться ужасно реальными, когда мы крепко спим. При пробуждении, однако, мы забываем 85% своих сновидений.
Вскоре стадию сновидений обнаружили у всех птиц и млекопитающих, в связи с чем ценность человеческих снов несколько снизилась. Как только у ученых появилась возможность опознавать и фиксировать сны при помощи нейронных колебаний, сны перестали казаться сложным мистическим отражением нашего подсознания и интерес исследователей к этой области несколько поубавился.
Сны – сложный процесс, протекающий в несколько этапов
Так было до тех пор, пока Кэлвин Холл, преподаватель психологии Западного резервного университета Кейза в Кливленде не создал каталог человеческих снов, о чем стало известно лишь в год его смерти (1985). Оказалось, ученый собрал описание более пятидесяти тысяч снов людей различных возрастов и национальностей. Вывод, к которому пришел Холл после 30 лет работы, был диаметрально противоположным идеям Фрейда: сны вовсе не наполнены скрытым смыслом — напротив, в основном они крайне незамысловаты и предсказуемы. Холл утверждал, что ему достаточно знать кто действующие лица, чтобы с точностью угадать дальнейшее развитие событий во сне.
По-сути, сны – это яркие воспоминания, которых никогда не было. Во сне мы оказываемся внутри всеобъемлющей параллельной реальности, фантастического мира, который принадлежит только нам. Но сновидения, особенно веселые, мимолетны и в этом их основная проблема.
В апреле 2017 года, как пишет издание Discover, группа ученых из Университета Висконсин-Мэдисон выявила «заднюю кортикальную горячую зону» (posterior cortical hot zone) в головном мозге, которая могла указывать, спит человек или нет. Эта часть мозга участвует в восприятии реальности в более общем смысле. Исследователи обнаружили, что когда испытуемые сообщали о сновидениях — независимо от того, помнили ли они сон, — в этой горячей зоне наблюдалось снижение низкочастотной активности или медленных волн.
Так как сновидения связаны с повышением высокочастотной активности в горячей зоне, это снижение медленных волн в мозговой активности может служить сигналом для того, когда происходят сновидения, как если бы внезапно загорелся красный свет записи. Это очень важно, потому что знание того, когда происходят сны, может позволить ученым более надежно их записывать.
Несмотря на череду достижений в области науки сна, сновидения ассоциируются с мистикой и тайнами
В дополнение к выявлению сигналов от мозга, которые указывают на то, что человек спит, ученые также обнаружили, что части мозга, участвующие в восприятии во время бодрствования, ведут себя точно так же во время сна. Оказалось, что определенные типы восприятия во сне активируют те же области мозга, что и восприятие во время бодрствования.
Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram
Можно ли записывать сны?
Работа, опубликованная в журнале Current Biology вселяет оптимизм по поводу возможности записи сновидений или, по крайней мере, отдельных его частей. Так, полученные результаты показали, что миндалевидное тело – область мозга, которая тесно связана с эмоциями, как и область Вернике, отвечающая за обработку речи, были активны во время фазы быстрого сна. Авторы исследования отмечают, что запись снов может быть проще, чем попытки расшифровать сложные визуальные сцены в режиме реального времени (наблюдения за спящими испытуемыми).
Но как насчет звука? Будет ли в будущем запись снов бесшумной или это будет похоже на фильм? Многие ученые, изучающие сновидения, сходятся во мнении, что проще всего расшифровывать и записывать визуальные образы. Но существует одна проблема: мозг работает по-разному во время сна. Области, которые активны в часы бодрствования, могут быть не столь активны во время сна. Из-за этого существует разрыв между данными МРТ, собранными во время бодрствования и сна, что затрудняет соединение этих двух наборов данных с компьютерными алгоритмами.
Сегодня исследователи в области сна с оптимизмом смотрят в будущее, особенно в зарождающейся области использования алгоритмов искусственного интеллекта для исследования сферы бессознательного. Существующие исследования сегодня сосредоточены на расшифровке видений и движений во сне, хотя ученые не видят фундаментальных трудностей в расшифровке других модальностей и эмоций.
Кстати, создано устройство, которое поможет взламывать сны. Подробнее читайте в нашем материале
Авторы еще одного исследования говорят, что расшифровали категориальное содержание сновидений. Камитани, как и другие ученые, изучающие содержание сновидений, информировал свое исследование, будя испытуемых в течение всей ночи и спрашивая их, что им снилось. Затем он построил индивидуальные каталоги мозговой активности, соответствующие образам, воспринимаемым во время бодрствования и обучил нейронную сеть распознавать эти паттерны мозговых волн во время разных фаз сна.
Документируя ключевые слова и частые категории из отчетов о снах испытуемых, ученые выбрали фотографии, представляющие каждую категорию и показывали их участникам, когда те бодрствовали. Мозговая активность испытуемых при просмотре этих изображений во время бодрствования регистрировалась и сравнивалась с мозговой активностью во время сновидений. Используя этот метод, исследователи смогли предсказать содержание сновидений испытуемых с высокой точностью, и в настоящее время они работают над созданием изображений из мозговой активности во время сна.
Некоторые ученые считают, что сны представляют собой симуляцию реальности, которая позволяет нам в очень безопасной среде обучаться новому поведению и навыкам противостоять угрозам или справляться со сложными социальными ситуациями. Так или иначе, большинство наших умозаключений о снах и той роли, которую они играют в нашей жизни, будут субъективными, а изучение отдельных элементов сновидений приводит к каскадам новых вопросов, ответов на многие из которых сегодня не существует. Но это не значит, что нужно перестать задавать вопросы. Например, изменит ли возможность записи сновидений, то, что и как мы о них думаем? Ответы на эти и другие ответы смотрите в увлекательном видео от AsapSCIENCE в переводе и озвучке Vert Dider:
Деятельность мозга во сне
Долгое время считалось, что сон – это пассивное состояние, когда головной мозг «отключается». Однако исследования, проведенные в последнее время, показали, что речь идет об активном процессе, в течение которого происходят большие изменения в мозговой деятельности, что, в свою очередь, приводит к снижению отзывчивости к стимулам со стороны окружающей среды и возникновению специфической умственной деятельности – человек видит сновидения. Однако даже в глубоком сне сознание не полностью отделено от внешнего мира. Изменения положения тела обеспечивают адаптацию к условиям, размеру пространства. Благодаря этому мы не падаем с кровати, даже постоянно двигаясь. А работает ли мозг во время сна? Так ли ему необходим ночной отдых? Давайте, посмотрим.
Фазы сна и мозговая деятельность
В 1930 году ученые обнаружили, что электрическая активность нейронов сильно отличается во время бодрствования (быстрая активность) и с момента засыпания (медленная активность).
Что делает с мозгом нехватка сна?
Зачем нужен ночной отдых? Разве не лучше было бы выпить кофе, энергетический напиток или другой стимулятор и продолжать бодрствовать? Ведь у каждого человека так много работы, которую он часто не успевает сделать за день. Работа не ждет. Клиенты, счета-фактуры, экзамены.
Ошибка. Сон – естественная физиологическая потребность, это естественный механизм регенерации, издавна эволюционно развивающийся. Если бы он не был необходимым, то давно «удалился» бы в ходе эволюции, как ненужный. Но этого не произошло. Наверное, на это есть причины. Каковы они? Что делает мозг во сне?
Сон имеет регенеративное значение, как для всего тела, так и для души. В это время организм потребляет наименьшее количество энергии, что обеспечивает возможность восстановления мышц, органов. Температура тела снижается, падает артериальное давление, замедляется дыхание, исчезает или уменьшается функция некоторых чувств. Средняя продолжительность ночного отдыха у людей – 7-8 часов, но здесь принимаются во внимание индивидуальные потребности (некоторым людям нужно спать 10 часов в день, другим – лишь 6 часов).
Сон занимает около 1/3 человеческой жизни. Его нарушение, недостаток вызывает психологические проблемы, но отдыхает ли мозг во время сна, аналогично телу? Нет, он продолжает свою активность, обрабатывая предыдущие события.
В мозгу происходит переживание новых событий, повторение, запечатление навыков, знаний. Это, в особенности, происходит в фазе сновидений. Качественный сон в темноте также имеет противоопухолевые эффекты из-за выделения гормона мелатонина, вырабатываемого во время ночного отдыха в непрерывной темноте (должно отсутствовать любое освещение).
Мозг продолжает интенсивно работать, запоминая информацию, накопленную в течение дня. Ответственные мозговые области быстро анализируют события предыдущего дня. Происходит также обработка сигналов, поступающих от внутренней телесной области. Согласно специалистам, мозг ночью работает больше, чем в течение дня, увеличивается даже потребление кислорода. Важно отметить, что «спящий мозг» задействует иные зоны, чем при дневной деятельности.
Недостаток сна усугубляет последующее изучение новых вещей, навыков. В течение дня снижается мозговая активность, концентрация внимания, что может быть сопряжено с риском в определенных профессиях (водители, врачи, сотрудники службы безопасности и др.). Более 50% водителей-дальнобойщиков говорят, что, по крайней мере, единожды при вождении впадали в кратковременный сон. Недостаток ночного отдыха также вызывает подавленное настроение, головные боли, депрессию. Его длительное отсутствие связано с ожирением – человек чувствует сильную нехватку энергии, пытаясь дополнить ее с помощью приема пищи.
Новые исследования показали, что во время сна в мозгу происходит выведение токсичных веществ, накапливающихся в течение дня.
Из-за недостатка полноценного отдыха некоторые мозговые центры попадают в микросон, что приводит к фрагментированной и неинтегрированной мозговой активности с индивидуальным отключением некоторой когнитивной функции, в отличие от оптимально отдохнувшего мозга.
Что делает мозг во время сна?
После получения ответа на вопрос (отрицательного), спит ли мозг во время сна, рассмотрения общей картины его деятельности вы, логично, поинтересуетесь, что происходит с мозгом во время сна, чем конкретно он занят?
Принимает решения
Когда человек спит, его мозг работает на полной скорости, он не успокаивается, а обрабатывает информацию, подготавливает фон для решений, принимаемых в течение следующего дня. Новое исследование показало, что неутомимый орган во время ночного отдыха обрабатывает сложные стимулы, используя их для принятия решений в состоянии бодрствования.
Создает и укрепляет воспоминания
Мозг создает новые воспоминания, очищает старые и соединяет первые со вторыми, поэтому отсутствие ночного отдыха значительно влияет на память.
Если человек не спит или часто просыпается, его способность обучения или запоминания новой информации снижается на целых 40%. Следовательно, ночное обучение – абсолютная неуместность. Кроме того, в состоянии ночного бодрствования недостаточно формируется мелатонин, важный для иммунной системы.
Создает новые контексты
Полученная в течение дня информация, в ходе ночного отдыха обретает совершенно разные контексты, чем видимые в состоянии бодрствования. Результатом этой деятельности является утреннее пробуждение с новой идеей, что следует делать для решения какой-то задачи.
Учится выполнять физические задачи
Мозг хранит информацию в долговременной памяти через шпиндели сна. Это короткие всплески мозговых волн, возникающие во время фазы REM. Этот процесс очень важен для хранения информации, относящейся к моторным задачам и функциям, таким как новые танцевальные движения, удары теннисной ракеткой. Поэтому для улучшения своих физических навыков важно не только тренироваться, но и достаточно спать.
Сон – одна из самых ценных физиологических потребностей. Не отказывайтесь от него. Вспомните пословицу «утро вечера мудренее». Это правда. После полноценного ночного отдыха, благодаря не прекращающейся мозговой активности, человек помнит и знает больше, чем в уставшем состоянии после рабочего дня.
Что происходит с мозгом ночью, и почему полноценный сон — это еще важнее, чем вы думали
Подписаться
Поделиться
На самом деле, худшее что вы можете сделать для своего организма и в частности мозга — это несерьезно относиться ко сну. Публикуем отрывок из книги нейробиолога Митху Сторони «Без стресса. Научный подход к борьбе с тревожностью, депрессией и выгоранием» о том, как настроить свои биологические часы на нужный режим, легко засыпать и просыпаться.
У каждого из нас наутро немного другой мозг по сравнению с тем, каким он был вчера. Рациональный мозг управляет поведением с экспертной точностью, секунда за секундой, но лишь когда мы бодрствуем. Эта отточенная система действий стимулирует бурную активность: формируются новые нейронные сети и синапсы. Чем дольше мы бодрствуем, тем дольше пребываем в состоянии интенсивной активности и роста. Но рано или поздно мозг устает и нуждается в передышке. После долгой поездки мы отвозим автомобиль в мастерскую для профилактики, мойки и замены запчастей. Сон — такая же мастерская для организма и совершенно необходимая мера. Во время сна мозг совершает своего рода инвентаризацию. Дорабатываются и укрепляются нейронные связи и синапсы, а все лишнее удаляется. Одни воспоминания усиливаются, другие ослабляются. И к тому времени, как мы просыпаемся, мозг выглядит совсем иначе. Во сне также происходит «очистка». Мозг окружен системой орошения, известной как глимфатическая система. С ее помощью происходит перераспределение полезных веществ и удаление «отходов». Эксперименты на животных показали, что глимфатическая система более активна во сне, чем во время бодрствования. Астроциты — крупные клетки звездчатой формы, стимулирующие рост мозговых клеток и синапсов, — тоже участвуют в ее работе и, если мозг долгое время находится в состоянии бодрствования и активности, перераспределяются. Это иногда приводит к незначительному отеку мозга, исчезающему после крепкого ночного сна.
Когда мы спим, мозг проходит несколько стадий. В первой стадии глаза быстро движутся из стороны в сторону — это фаза быстрого сна (БДГ). Другая стадия называется медленным сном. Всю ночь мы курсируем между этими двумя стадиями, а также другими состояниями. И чем больше человек бодрствует, тем сильнее его мозг нуждается в медленном сне. Если лечь спать после суток бодрствования, период медленного сна увеличится. У пациентов, страдающих депрессией, фаза медленного сна короче обычного — именно этим объясняется тот факт, что симптомы депрессии временно облегчаются, если всю ночь не спать, а на следующую ночь крепко заснуть.
Засыпание и пробуждение
Продолжим аналогию сна с автомастерской для мозга: чем больше и труднее проделанный путь, тем сильнее мозг нуждается в рутинном поддерживающем ремонте. Чем дольше вы бодрствуете, тем дольше мозг пребывает в состоянии мыслительной активности и тем выше его потребность в сне. С момента пробуждения утром начинает копиться ваш «долг по сну». Он постоянно увеличивается, и к вечеру вы уже ждете не дождетесь, когда можно будет расплатиться. Но тут есть одна загвоздка: мозг работает в 24-часовом режиме, и сколько бы «долга» у вас ни накопилось, вы не сможете уснуть в непривычное для вас время. Биологические часы подобны пунктуальному охраннику, который сторожит ворота в страну, куда вы пытаетесь попасть, — мир бодрствования или мир сна. К концу вечера «долг» накапливается и напоминает о себе неважным самочувствием, но внутренний охранник не пустит вас в страну сна, пока не настанет подходящее, с его «точки зрения», время. А примерно к четырем утра вы отдаете «долг», но попасть в страну бодрствования вам тоже не разрешают — биологические часы заставляют вас спать еще несколько часов.
Если у вас накопился большой «долг по сну», а биологические часы разбалансировались, вы не заснете. Если же они работают идеально, но «долг» еще не накопился (например, вы вздремнули днем), вы тоже не сможете уснуть. Чтобы обеспечить крепкий ночной сон, необходимо заботиться о своих биологических часах.
Сомнолог Владимир Ковальзон о том, как работает мозг во время сна и почему не следует вставать затемно
Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук прячется в глубине Ботанического сада, что на Южной трамвайной станции. В минувшие выходные там завершилась большая конференция молодых учёных, посвящённая экологии. Автор IMC Елена Бабушкина побывала на одной из лекций и записала конспект выступления известного учёного-популяризатора, доктора биологических наук, сомнолога, участника проекта «ПостНаука» Владимира Ковальзона. Уже полвека он исследует физиологию сна, ставит эксперименты, переводит книги зарубежных сомнологов, публикует собственные статьи и очерки, посвящённые сну.
За ночь у человека сменяются три-четыре цикла сна – каждый продолжительностью около 90 минут. Первую часть ночи мы спим медленным сном без сновидений, вторую – быстрым сном, или парадоксальным. Для этого периода характерны полное мышечное расслабление и необычайная активность работы мозга.
Механизмы бодрствования, медленного сна, быстрого сна и косвенно связанный с ними механизм биологических часов изолированы по своим функциональным возможностям. У каждого – собственная эволюционная генетическая история, анатомия, физиология и биохимия. Блоки взаимодействуют между собой, но обособлены. Благодаря этому мы можем работать в ночную смену, а днём отсыпаться.
В период медленного сна активизируется моторика, именно в этом цикле происходит лунатизм. У маленьких детей парасомния возникает по завершении каждого цикла сна: ребёнок может сесть в постели, начать разговаривать, двигаться. И это нормально. Сохраняясь во взрослом возрасте, лунатизм становится патологией.
Мы видим сновидения во время быстрого сна. Обычно при этом двигаются только мышцы глаз, а остальные находятся в покое. Однако порой поток импульсов из активных в парадоксальной фазе систем бывает настолько мощным, что пробивает сильнейшее тоническое торможение, направленное на спинной мозг. В результате у кошек могут дёргаться усы, у человека – подрагивать конечности. Возникновение таких процессов (сомнологи называют их фазическими) помогает диагностировать разные заболевания.
Судороги конечностей, крики во сне и другие неадекватные движения могут свидетельствовать о приближающейся болезни Паркинсона. Это важный для медицины ранний предиктор, позволяющий отодвинуть начало болезни на десять-двадцать лет.
Живые существа реализуют цикличность сна по-разному. Крупные хищники, которые никого не боятся, или норные животные спят спокойно. У них много быстрого сна, имеющего максимальный порог пробуждения. Попробуйте разбудить человека, когда у него подёргиваются веки – вам вряд ли это удастся.
С другой стороны, у копытных такой возможности нет. У лошади всего полчаса быстрого сна, которые она реализует одномоментно. Медленный сон она переживает стоя, а для быстрого ложится на круп и выдаёт всю суточную квоту необходимого быстрого сна. В стаде спящие лошади размещаются в центре, а по краям стоят охранники, оберегающие спящих от хищников.
Удивительным образом спят ушастые тюлени, котики, морские львы и сивучи. Часть своей жизни они проводят на лежбищах, где размножаются, часть – в море, гоняясь за косяками рыбы. На суше все эти животные спят, как и мы, обоими полушариями одновременно, имеют выраженную фазу быстрого сна с подёргиванием усов и плавников. Однако на воде полушария бодрствуют попеременно, контролируя движения подгребающей во время сна ласты и обращённый на поверхность глаз. Быстрый сон у морского котика редуцирован до секундных фрагментов, а у дельфина, живущего в воде постоянно, он просто отсутствует.
В науке нет задокументированных примеров отсутствия у человека полного сна. Сомнолог Мишель Жуве описывает лишь один патологический случай, когда к нему на лечение попал человек, подхвативший в Африке вирусную хорею. Помимо высокой температуры и других патологий, за полгода записи энцефалограммы у пациента не было зафиксировано никакого сна. К сожалению, спасти его не удалось.
Эволюция создала состояние медленного сна без сновидений, чтобы реализовать целый список функций, которые по каким-то парадоксальным причинам не могут быть активизированы в бодром состоянии.
Существует процесс, который в шутку называется «вантузом». Мириады ионных канальцев, расположенных в нервных клетках, при длительном бодрствовании засоряются. Когда кора головного мозга переходит из состояния бодрствования в состояние медленного сна, меняется электрическая активность, и мощнейшие скачки потенциалов производят прокачку ионных канальцев. На электрическом уровне это выглядит так, будто мы прочищаем раковину.
Во время сна мозг реализует дренажную функцию, избавляясь от уродливых белков. Гипотеза о синтезе макромолекул основана на том, что некоторые макромолекулы почему-то не могут быть синтезированы во время бодрого состояния – особенно это касается молекул, связанных с обменом холестерина. На уровне нашего тела инактивация уродливых белков, накапливающихся с возрастом, решается с помощью лимфатической системы. Она переносит их в почки и печень, где они разрушаются. Мозг же этой системой обделён, и ненужные молекулы не могут проникнуть в венозные капилляры.
В 2013 году группа датских исследователей в США доказала на примере мышей, что во время медленного сна в головном мозге открываются особые канальцы, через которые уродливые белки эффективно удаляются. Нарушение этого удаления приводит к образованиям бляшек, которые провоцируют развитие старческих заболеваний – болезней Альцгеймера и Паркинсона.
Согласно одной из гипотез, во время сна мозг оптимизирует управление внутренними органами. У нас нет второго мозга, чтобы заниматься внутренними делами, поэтому в состоянии бодрствования мозг загружен анализом информации, поступающей извне. Времени на кишечник, сердце, печень и почки у него нет. Зато в период медленного сна кора головного мозга переключается и начинает работать с информацией, поступающей от внутренних органов. Те же самые нейроны, что в бодрствовании реагируют на зрительные образы, во сне реагируют на импульсацию, приходящую, например, от кишечника, и управляют им.
Одна из важнейших загадок сомнологии – место, где сохраняется память о сне. Если вы не выспались, воспоминание об этом будет храниться в динамической памяти в течение многих месяцев, пока потребность не будет удовлетворена. Стереть информацию о недосыпе может только электрошок. И даже в этом случае вы обязательно провалитесь в компенсирующий сон при первой же возможности, когда окажетесь вне давления социума.
Главная задача современного человека – высыпаться. Если в XIX веке человек засыпал верхом или на телеге, лошадь либо продолжала движение, зная дорогу, либо останавливалась. Что происходит, когда водитель засыпает на доли секунды на скорости в 80-100 километров в час, вы знаете сами. Сейчас все сомнологи мира заняты решением проблемы недосыпа, изучают спонтанное засыпание и чрезвычайную сонливость днём. В Европе даже ходит специальный Wake up bus, агитационный автобус.
Недавно в Европе приняли специальный закон, предписывающий контролировать людей с апноэ сна. Это заболевание характерно для молодых людей, занятых бизнесом. Они испытывают постоянные стрессы, склонны курить и пить, мало занимаются спортом и однажды начинают храпеть. Во время апноэ кратковременно прекращается лёгочная вентиляция, что чревато недосыпанием и нарушением кровоснабжения мозга. Такие ночи опасны состоянием, когда человеку кажется, что он выспался, а мозг на самом деле не спал.
Если вы знаете подходящего под описание человека – порекомендуйте ему пройти специальное обследование. Апноэ сна эффективно лечится немедикаментозно, при помощи прибора под названием СИПАП (CPAP).
Как работает мозг во время сна и бодрствования
В университетах учат, что главной системой мозга является его кора. Однако кора нуждается в дополнительной активации: система, обеспечивающая состояние бодрствования, не встроена в неё. Вы можете меня слушать, а я могу выступать перед вами благодаря восходящим влияниям скоплений нервных клеток, расположенных на всём протяжении мозговой оси. В свою очередь, нисходящие влияния этих клеток обеспечивают работу спинного мозга.
Что происходит, когда прерывается нисходящая активация, мы видим на примере Стивена Хокинга. Он болен БАС – боковым амиотрофическим склерозом. Активация вверх у него в полной сохранности, что демонстрирует его потрясающий мозг, а нисходящая активация исчезла полностью, потому что атрофированы проводящие пути.
Прерывание восходящего активирующего влияния на кору вызывает кому. Вся наша когнитивная деятельность, способность мыслить, разговаривать, думать и чувствовать связана с этим потоком. Без восходящих влияний кора головного мозга не работает и молчит. Зрение, слух – всё на самом деле является вторичным и работает только в условиях восходящих активаций.
Циклы сна позволяют прогнозировать выход из комы. В поверхностной коме человек находится без сознания, но его мозг сохраняет цикличность сна. И если ночная полиграфическая запись регистрирует обе фазы сна, медленную и быструю, при правильном лечении больной выйдет из комы с вероятностью в 100 процентов.
Если быстрый сон у больного отсутствует, но сохранился глубокий медленный сон, остаются 30% шансов на выход из комы. А вот если у человека исчезли обе глубокие фазы сна, то шансов на спасение ноль. Как бы хорошо ни билось его сердце, это – живой труп.
Источник активирующего кору импульса был открыт в конце девяностых. Оказалось, что в области гипоталамуса находятся клетки, вырабатывающие пептид орексин. В нашем гигантском полуторакилограммовом мозгу их совсем немного – всего 70-80 тысяч нейронов. Но они играют важнейшую роль и являются верхним звеном над всеми остальными.
Чередование периодов бодрствования, медленного и быстрого сна обеспечивает меланин-концентрирующий гормон. Учёные обнаружили его в гипофизе лосося, и первое время считали, что это просто гормон, вызывающий изменение окраски рыбы во время нереста. Через несколько лет оказалось, что это важнейший медиатор в нашем головном мозге и никакого отношения к окраске чешуи, естественно, не имеет.
Нейроны, вырабатывающие меланин-концентрирующий гормон, перемешаны с нейронами, вырабатывающими орексин. Они взаимно тормозят друг друга, обеспечивая чередование циклов бодрствования и сна.
Эволюция сделала процесс засыпания плавным, чтобы животное уцелело во время сна. Центр сна активируется постепенно, чтобы мы могли повременить, отложить момент засыпания, найти укромное место, закопаться, залезть на дерево, спрятаться в щель, угнездиться и, наконец, заснуть. Механизм работает в передней области гипоталамуса, и многие нарушения сна связаны с нарушениями его функции. К сожалению, снотворные вещества оказывают на него сильное разрушающее воздействие и остаются очень нежелательными.
Сон под воздействием алкоголя приравнивается к медикаментозному. Он не содержит цикличности и по ряду признаков является патологией. Если здоровому человеку снотворное убивает мозги, то для закоренелого алкоголика это – адекватный метод лечения, позволяющий восстановить разрушенный сон.
В 2001 году в задней части мозга был открыт ещё один центр медленного сна, работающий параллельно с уже известным. Поразительно, но между этими двумя центрами нет прямой связи, они работают независимо. Вопрос его изучения, очевидно, напрямую связан с возникновением и прекращением комы.
Во время сна со сновидениями мозг активен так, как бывает активен в период эмоционального стресса. Но эта активация странная и отличается от эмоциональной активности в состоянии бодрствования. Когда мы видим сны, не работают никакие сенсорные системы, потому что мы наблюдаем их не глазами, а внутренним взором.
При этом очень сильно активируются эмоциональные механизмы, причём у взрослых они чаще связаны с негативной эмоциональной окраской. Активируются и механизмы памяти, и процесс этот направлен на извлечение воспоминаний. Пережитый опыт причудливо комбинируется, но обратно в память не поступает. Это неслучайно и хорошо: сны как эволюционный продукт существуют не для того, чтобы их запоминали. Так проявляется феноменально высокая активность мозга во время сна.
Мишель Жуве предполагает, что подобная активность мозга нужна для передачи генетической информации. Животное, рождаясь, уже очень многое знает и умеет. Возможно, память о поведенческих актах, заложенная в генах, переходит в память нервной системы именно во время быстрого сна. А высокую активацию мозга вызывает очередная перезапись данных, которая сохраняется без выхода во внешний мир.
Существуют три теории появления сновидений: неофрейдистская, трёхмерная модель Хоббсона и нейрокогнитивная. Они взаимно дополняют друг друга, но наиболее продвинутой является нейрокогнитивная теория Фулкса и Домхоффа. Учёные считают, что сновидения – всего лишь следствие активации зрения во сне. Мозг не может не продуцировать причудливые образы, поскольку мы животные зрительные.
Вербальный отчёт о сне – это психологический феномен. Люди чаще отчитываются о сновидениях в состоянии эмоционального напряжения. Нечто тревожит их настолько, что прорывается даже во сне. Психологи считают, что нормальный, здоровый человек не испытывает потребности рассказывать о сновидениях.
Странно, что у нас действует запрет на продажу лекарств, но не запрещена пропаганда осознанных сновидений. Человек обучается каждую ночь программировать необычайные приключения во сне. Это приводит к тому, что сны превращаются в галлюцинации, которые начинают преследовать его и в бодром состоянии. По сути, это наркомания без наркотиков. Возникают психозы, наступает шизофрения.
Как работают биологические часы
Биологические часы – вещь, связанная с механизмами сна и бодрствования очень косвенно. В 1994 году, когда казалось, что глаза млекопитающих давно изучены вдоль и поперёк, учёные обнаружили там неизвестные элементы, не имеющие никакого отношения к зрению. Они реагируют только на уровень освещённости и сигнализируют не в зрительную систему, а в супрахиазмальные ядра гипоталамуса.
Наличие этих ядер необходимо и достаточно, чтобы биологические часы работали и управляли ритмом целого организма. Если хомячку удалить супрахиазмальные ядра и подсадить ему ядра донорского хомяка, у которого другой ритм жизни – например, суточная периодичность сна – он тут же начнёт спать один раз в сутки.
Биологические часы – это машина, зашитая в мозг на заре эволюции. Как атомные часы, она продолжает тикать во всех живых организмах, невзирая на социальные факторы и стресс. Но зато чувствительна к свету.
У большинства людей суточный ход биологических часов составляет не 24 часа, а 25. Мы подводим их каждое утро, когда раскрываем шторы. Солнечный свет падает на глаза и мгновенно перестраивает работу биологических часов. Электрический свет здесь малоэффективен. Именно поэтому важно вставать после восхода или, по крайней мере, с первыми лучами солнца, а не в темноте.