Полушария мозга в время 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.
Работа мозга во сне
Сейчас написано огромное количество публикаций касающихся работы мозга во сне. Всё это ужасно сложно, все эти фазы сна, мозговые волны. В последнее время меня всё чаще волнует разрастающаяся пропасть между реальным миром и миром снов. Подобные мысли бродили во мне и искали повод выйти на страницы моего блога. Поводом послужила прочтённая мною на днях публикация.
То, что в раннем детстве для нас практически не существует разницы между сном и бодрствованием, думаю, знают все. Почему же имеет место такое явление. Тут всё дело в мышлении, точнее в его месте. В детстве мы почти полностью мыслим правым полушарием. Познание мира происходит посредством образов. Поэтому детские воспоминания по своей структуре так похожи на сны.
Как я уже писал ранее, постепенно взрослея, нас учат мыслить готовыми понятиями, определениями, которыми «набивают» наш мозг. Именно в этом вся беда и опасность левополушарного мышления. Как следствие мы наблюдаем ассиметрию нашего мозга. Наше левое полушарие оказывается перегружено за время дневной работы. Что бы как-то выровнять ситуацию, в то время когда наше левое полушарие спит, «на сцену выходит» правое полушарие и мы погружаемся в мир образного мышления.]]>Все те образы, которые мы наблюдаем в течение дня, полностью перехватываются правым полушарием. От него не ускользает ни одна деталь. Мышление образами отличается от мышления понятиями тем, что окружающий мир воспринимается таким, какой он есть. При таком способе восприятия невозможно упустить ни одну деталь.
Подобная работа мозга во время сна открывает нам безграничные возможности. Вся беда в том, что мы практически отучились понимать образное мышление — мы снова пытаемся интерпретировать его в рамках известных нам понятий сразу после пробуждения. В этом и заключается ошибка всех сонников и толкователей снов. Правое полушарие работает на нас, вот только понять его речь нам трудно.
В свете всех этих рассуждений остаётся непонятно, как на основании дневных образов во сне мы способны видеть будущее… Вероятно, в течение дня нас постоянно окружают так называемые «путеводные знаки», по которым легко предугадать исход всех событий. То, что мы всё это видим во сне лишний раз подтверждает нашу невнимательность и зацикленность на мелочных проблемах дня. Выходит, правы те, кто утверждает, что настоящее прошлое и будущее существуют одновременно? А может это магнитное поле Земли так влияет на наш разум?
К записи 2 комментария
02 03 2011 | Олесья Миллер
Я больше верю своим ощущениям, чем соннику. У каждого своя индивидуальная трактовка.
Это как разные философы, философию, которых я не могу принять… поскольку у меня своя философия
На новом месте у человека глубоко спит только одно из полушарий
Биологи из Брауновского университета обнаружили, что мозг человека, спящего в непривычном для него месте, функционирует не так, как обычно. Левое полушарие не полностью переключается на сон и, по словам одного из исследователей, «слегка сильнее» бодрствует, чем правое.
Ещё в 1970-х годах биологи, изучавшие морских млекопитающих, обнаружили, что у дельфинов в состоянии медленного сна попеременно находится только одно из двух полушарий мозга. Считается, что причина этого в том, что дельфины, как и другие морские млекопитающие, вынуждены время от времени подниматься к поверхности воды для дыхания.
Людям не нужно всплывать, чтобы подышать, но каждый ощущал на себе или слышал от своих знакомых о неприятных ощущениях, возникающих после проведённой на новом месте ночи. Часто люди жалуются, что устали и не выспались. Физиологам «эффект первой ночи» известен с тех пор, когда они начали изучать сон людей в лабораториях. Результаты первой ночи сна просто исключаются из рассмотрения, поскольку в это время сон часто нарушается.
Юка Сасаки [Yuka Sasaki], автор данной работы, решила подробно изучить, что происходит именно во время первой ночи сна на новом месте, для чего со своими коллегами сканировала мозговые волны 35 студентов университета, любимых подопытных всех учёных.
Учёных интересовала мозговая активность во время медленного сна. Медленный сон – это первое, что испытывает человек после засыпания. Он состоит из четырёх стадий. Предполагают, что медленный сон связан с восстановлением энергозатрат. Исследования показали, что именно фаза медленного сна является ключевой для закрепления осознанных «декларативных» воспоминаний. За медленным сном идёт быстрый сон, или стадия быстрых движений глаз.
Сасаки с коллегами выяснили, что во время первой ночи в лаборатории в определённых участках правого полушария мозга активность медленных волн (тета-ритмов) была выше, чем в соответствующих участках левого полушария мозга. В последующие ночи эта разница полностью исчезала.
Для подтверждения находок над студентами ставили два эксперимента, связанных со звуком. Сначала спящим проигрывали однотонный звук, который внезапно сменялся другим тоном. Известно, что неглубоко спящий мозг реагирует на такую стимуляцию. У студентов также пронаблюдали реакцию мозга – но только его левой половины.
Затем спящим проигрывали звук погромче, способный пробудить неглубоко спящего человека. В результате просыпались только те, кому звук проигрывали в правое ухо, связанное с левым полушарием мозга.
Комментируя работу учёных, Нильс Раттенборг [Niels Rattenborg], исследующий сон птиц в орнитологическом институте Макса Планка, сказал, что ранее никому не удавалось продемонстрировать различие в работе полушарий мозга во время сна у людей, в частности – возможность отдыхать только одним полушарием.
Раттенборг отметил, что такие свойства ранее приписывались лишь дельфинам, некоторым другим морским млекопитающим (котикам), а также некоторым птицам. Сам он несколько лет назад занимался исследованием сна у уток, и обнаружил, что поставленные в ряд утки спят по-разному. Те птицы, у которых с обеих сторон были их товарки, спали крепко. Крайние же спали только одной половиной мозга, а бодрствующим глазом следили за приближением хищников.
И хотя людям уже давно не нужно беспокоиться о хищниках, но эволюционно закреплённый инстинкт «ночь темна и полна ужасов» не даёт нам спокойно отдыхать в незнакомой обстановке.
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.