Мозг не отдыхает время сна. Что делает мозг во время сна? Отдых мозга во время сна

О том, что сон делится на несколько стадий, одна из которых - стадия быстрого сна, ученые догадались 55 лет назад. Честь этого открытия принадлежит студенту Чикагского университета Юджина Азерински и его научному руководителю Натаниэлю Клейтману.

Оказалось, что человек вроде бы и спит, но его глазные яблоки энергично движутся, а сам он видит яркие, запоминающиеся сны. Мало того, бодрствование с закрытыми глазами занимает пятую часть всего времени сна, и в это время клетки мозга весьма активны: они, как показывают сегодняшние исследования, заняты переработкой информации.

Итак, как теперь известно, из каждых восьми часов мы понастоящему спим лишь шесть часов с небольшим. В фазе быстрого сна наш мозг не принимает новой информации от органов чувств и не подает команды мышцам: он перерабатывает полученную и (sic!) создает программы поведения на будущее, приводит в порядок и укрепляет нашу память, что позволяет на следующее утро пользоваться ею более эффективно. То, что утро вечера мудренее, люди заметили в незапамятные времена. Но почему? Долгие десятилетия исследователи считали, что сон укрепляет память, поскольку служит пассивной защитой от наслоения новых впечатлений. Мы забываем, потому что новая информация выталкивает прежде полученные воспоминания. А когда мы спим, новая информация не поступает, и у мозга есть возможность разложить полученную за день информацию по полочкам, где она и может закрепиться. Оказалось, однако, что сон укрепляет память весьма активно, и в этом процессе участвует его быстрая фаза.

Что видят грызуны во сне?

Ученые пока не знают точно, как функционирует наша память. Есть предположение, что вчерашние события всплывают снова благодаря активизации связей между сотнями, тысячами или, возможно, даже миллионами нейронов. Так образуются активные зоны, возбуждая которые опять и опять, мы даем задание мозгу закрепить полученные сведения или вернуть что-то давно позабытое. Поэтому и говорят, что повторенье - мать ученья. Таким образом группа клеток, которые вместе возбуждаются, образуют воспоминание, например, о пройденном накануне на уроке географии или о том, где лежат ключи от квартиры.

Современные приборы позволяют наблюдать за тем, какие именно зоны мозга работают в данный момент, чем и воспользовались нейробиологи Мэтью Уилсон и Брюс Мак-Нотон из Университета Аризоны. Они вживили в мозг крыс импланты, позволяющие регистрировать активность нейронов, и пустили животных бегать от кормушки к кормушке по замкнутому маршруту. Когда крысы проходили разные участки маршрута, у них активировались разные клетки гиппокампа - структуры мозга, ответственной за пространственную память. Активность разных «клеток места» так тесно соотносилась с физической локализацией крысы, что исследователи могли следить за перемещением животных по маршруту, просто наблюдая за тем, какие клетки в данный момент работают. Когда крысы набегались и заснули, экспериментаторы продолжали записывать активность «клеток места» и обнаружили, что клетки возбуждаются в прежнем порядке, как если бы крысы во сне проходили маршрут.

Обучение во сне: миф или реальность?

Но мозг во сне не просто проводит бессознательную тренировку памяти, он может избирательно укреплять те ее участки, которые более всего в этом нуждаются. В 2005 году Мэтью Уолкер из Гарвардской медицинской школы просил добровольцев печатать на клавиатуре бессмысленные последовательности, такие, как 4-1-3-2-4. Это что-то сродни игры на фортепиано с листа, с не известных ранее нот. То, что после доброго сна движения пальцев становились более быстрыми и координированными, в общем, очевидно. Однако тщательные исследования показали, что хорошо выспавшиеся люди не просто быстрее печатали, но особенно преуспели в печатании тех последовательностей, которые вначале давались им труднее всего. Мозг всю ночь гонял их память по этим последовательностям, и в результате к моменту пробуждения они лучше всего и запомнились. Мало того, исследования Уолкера показали, что те участники его эксперимента, которые выспались, при выполнении задания значительно меньше задействовали участки своего мозга, ответственные за сознательные усилия, но активнее - те зоны головного мозга, которые обеспечивали более быстрые и точные удары по клавишам.
br>Вывод прост до банальности: тот, кто хочет хорошо учиться и эффективно работать, должен хорошо спать. В 2004 году Ульрих Вагнер и его сотрудники из Любекского университета (Германия) поставили весьма своеобразный эксперимент. Сначала они обучили добровольцев решать определенный тип математических задач длинным и скучным способом и дали им для практики 100 задачек. Затем подопытных отослали на 12 часов, посулив на будущее еще 200 заданий. Исследователи не сказали своим подопечным, что существует более простой способ решения подобных задач, однако многие добровольцы ко второму занятию дошли до этого варианта решения самостоятельно. И тут-то обнаружилась разница между сном и бодрствованием. Среди тех, кто между двумя сеансами спал, простой метод решения обнаружили 59%, а среди тех, кто бодрствовал, - только 23%. Это привело исследователей к выводу, что наш мозг в состоянии решить проблему, даже если предварительно не знает о других возможностях ее решения, и во сне он справляется с этим лучше, чем наяву. И делает он это преимущественно в стадии быстрого сна. Чем дольше человек спит, тем продолжительнее становится эта фаза. Поэтому для некоторых аспектов консолидации памяти необходимо проспать более шести часов. Зато после долгого сна мозг работает гораздо эффективнее, и об этом следует помнить творческим личностям, продлевающим свой день за счет бессонной ночи.

Что нужно делать по ночам

Спрашивается, почему люди эволюционировали таким путем, что некоторые познавательные функции осуществляются у них только во сне? Почему мозг не может обрабатывать информацию в дневное время? Возможно, дело в том, что сон возник в результате эволюции задолго до высшего познания. В мире, где чередуются свет и тьма, эффективнее днем охотиться, а ночью спать (или наоборот). Так уж сложилось, что суточные ритмы играют в нашей жизни определяющую роль. И мозгу пришлось приспособиться к этим обстоятельствам и разумно использовать время сна на обработку информации, полученной в период бодрствования. Но это лишь одна из гипотез.

Другая состоит в том, что, возможно, наше сонное познание использует те же ресурсы мозга, которые при бодрствовании заняты получением информации, то есть обработкой сигналов от органов чувств. Поэтому для качественного укрепления памяти необходимо, чтобы организм перестал получать эти сигналы и освободил ресурсы для складирования информации. Естественно, отключать внешние каналы удобнее всего в то время, когда организм спит, а сон присущ всем теплокровным животным.

Впрочем, гипотез может быть и больше. Ученые до сих пор не понимают, как мозг осуществляет обработку ранее полученной информации? Какие химические вещества или молекулы участвуют в механизмах памяти? Что позволяет мозгу запоминать одни факты и забывать другие? И исследование сна - один из способов ответить на эти вопросы.

Не лишне будет вспомнить и о великих идеях, увиденных во сне. Так, Менделееву приснилась его Периодическая таблица химических элементов, а Фридрих Август Кекула увидел структуру молекулы бензола (она предстала в виде свернутой в кольцо змеи, бьющей хвостом).

Михаил Потапов: 

Основная задача, которую мозг решает во время сна – это задача поддержания работоспособности организма.

Автором висцеральной теории сна является Иван Николаевич Пигарёв, специалист в области физиологии зрения и физиологии сна, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Лаборатории передачи информации в сенсорных системах Института проблем передачи информации РАН.

Предлагаем вашему вниманию запись разговора с Иваном Николаевичем.

Для чего нужен сон

-Иван Николаевич, как родилась Ваша теория?

Несколько лет назад в области исследования сна сложилась довольно странная ситуация. С одной стороны, довольно давно отпала самая очевидная и самая простая теория сна, согласно которой сон требуется для того, чтобы дать отдых мозгу. Эта теория существовала ровно до тех пор, пока не научились фиксировать активность нейронов мозга. Как только это стало возможно, сразу выяснилось, что во время сна нейроны в коре головного мозга работают еще активнее, чем в состоянии бодрствования. Т еория была отброшена.

Сразу возник вопрос: "Чем тогда эти нейроны во время сна занимаются?" Ведь во время сна у нас прерывается вход всей информации из внешнего мира. Например, сигналы из сетчатки глаза не доходят до участков коры, отвечающих за зрительное восприятие. Есть даже активный блок, который отвечает за блокирование этих сигналов. Такая же система существует на всех сенсорных входах. Это неоспоримый факт, который подтверждают данные приборов. Получается, что кора мозга во время сна должна "молчать". Но, как я уже сказал, этого не происходит. Мы наблюдаем сильную волновую активность и определенную ритмику. Причины возникновения этой активности оказались совершенно не понятны.

С другой стороны, когда хотели выявить назначение сна, то делали очень простые эксперименты – лишали животных сна. Результат у этих экспериментов всегда был одинаковый: после нескольких дней лишения сна животное погибало. Причем погибало оно не в силу "психических расстройств", а из-за несовместимых с жизнью болезней внутренних органов (обычно, язвы желудка, язвы кишечника и прочих висцеральных патологий). Конечно, до начала эксперимента никаких подобных заболеваний у животных не было. Тоже самое наблюдается у людей.

Например, с неожиданно возникающей язвой желудка часто сталкиваются студенты, отказывающиеся от нормального сна во время подготовки к экзаменам. Но вернемся к животным. В ходе экспериментов было выявлено, что единственным органом, который никогда не страдает в результате лишения сна, является сам головной мозг.

Вот такую интересную картину мы имели в начале наших исследований.

Мы предложили гипотезу, которая за последние 20 лет полностью подтвердилась. В чем она состоит?

Мы предположили, что мозг (прежде всего, кора мозга) не является узкоспециализированным процессором. Раньше считалось, что, например, зрительная кора создана специально для обработки зрительной информации, и ничем другим заниматься не может. Это ее единственная функция. Если говорить в терминах компьютерной техники, то мозг рассматривался в виде набора специализированных компьютеров, каждый из которых исполняет только одну функцию. Как я уже сказал, мы выдвинули идею о том, что нейроны коры мозга являются гораздо более универсальными и могут обрабатывать совершенно разную информацию. Примерно так же как процессор современного компьютера способен производитель различные вычисления, независящие от конкретной предметной области.

Чем же тогда занята кора мозга во время сна? Согласно висцеральной теории, в этот период мозг занят обработкой не сигналов, поступающих из внешних сенсорных каналов (зрения, обоняния, осязания, слуха), а сигналов, идущих от внутренних органов. Основная задача, которую мозг решает во время сна – это задача поддержания работоспособности организма.

Как работает мозг во время сна

- Какие именно задачи могут поступать в мозг от внутренних органов? На взгляд дилетанта, там все так хорошо устроено, что должно работать совершенно автоматически.

В конструкцию нашего тела не заложена возможность получать и осознавать ощущения, идущие непосредственно от внутренних органов. Мы не способны почувствовать непосредственно поверхность желудка, поверхность кишки или какой-то участок почки. У нас нет систем для этого. Обратите внимание, что, скажем, кожа устроена иначе. Если у вас возникает рана на коже, то вы абсолютно точно знаете, где именно случилось повреждение (даже, если не видите его).

Мы просто не способны своим сознанием судить о тех процессах, которые происходят в наших органах и, соответственно, о тех задачах, которые решает кора мозга в этом контексте.

- Но мы ведь чувствуем боль в тех или иных органах. Разве нет?

Представим, что некий человек говорит вам, что у него болит живот. Что это означает? На самом деле, он не способен определить конкретный орган, который у него страдает в данный момент. Почему? Совсем не потому, что не знаком с анатомией. Просто точность его ощущений ограничена фразой "болит живот". Он переживает само субъективное чувство боли, а не болезненные ощущения от конкретного внутреннего органа.

Сегодня даже врачи знают, что, как правило, боль мы ощущаем в одном месте, а реальная патология находится совсем в другой области.

-Итак, мозг располагает определенными "процессорными мощностями". В период бодрствования эти мощности задействованы преимущественно на обработку сигналов от внешних сенсорных каналов, а во время сна они переключаются на обработку данных от внутренних органов. Все так?

Да. Во всех наших внутренних органах и тканях тела есть так называемые интерорецепторы (хеморецепторы, терморецепторы, барорецепторы и т.д.), способные перерабатывать поступающие на них сигналы и передавать их в мозг. Например, на стенках желудочно-кишечного тракта расположено огромное количество интерорецепторов, пересылающих в мозг информацию о химическом составе веществ внутри и на поверхности кишечника, температуре, о механических движениях и о многом другом.

Сегодня мы не можем точно описать содержание этой информации. Но мы уже способны замерить ее объем. Исследования показывают, что он соизмерим с потоком данных, идущим от глаз. И это только поток данных от желудочно-кишечного тракта!

- Насколько я помню, раньше считалось, что обработкой всей этой информации занимается автономная нервная система (АНС).

Это справедливо, но только для состояния бодрствования. АНС организована (в большей своей части) сегментарно. Каждый ее фрагмент получает информацию от конкретного органа или его части. И размеры АНС не соответствуют тому огромному потоку информации, который поступает от интерорецепторов, расположенных во всех органах тела, включая, в частности, и сам мозг. Соответственно, АНС не является и не может являться координирующей системой, способной обеспечивать работоспособность организма в целом. Такую задачу могут решить совместно кора мозга и ряд подкорковых образований. Например, гиппокамп, миндалина, гипоталамус и ряд других структур.

- Чем тогда является сонливость?

Сонливость и усталость – это сигналы о том, что у нас в теле (а точнее, во внутренних органах) накопилось какое-то количество "нерешенных проблем" и для их обработки требуется подключение мощностей "центрального процессора". Иначе говоря, нам необходимо перейти в режим сна и дать возможность мозгу разобраться с накопившимися запросами.

Если этого своевременно не сделать, то могут начать возникать те самые патологии, о которых я рассказывал в самом начале нашей беседы. Помните о бедных зверюшках, погибших от болезней внутренних органов? Вот вам объяснение причины их болезней.

Любопытно, что если животное получает какое-то странное патологическое раздражение (например, легкий удар током по поверхности желудка), то оно сразу засыпает. Почему? Чтобы мозг начинал разбираться с причиной, вызвавшей непонятные сообщения, которые пошли по висцеральным нервам в мозг в ответ на нанесенное воздействие.

- Теперь понятно, почему, когда человек болеет, ему рекомендуют больше спать. Так мы даем мозгу больше времени для восстановления нарушенных функций организма?

Да. Наши эксперименты это полностью подтверждают. Если хочешь быть здоровым, надо правильно спать. Тогда есть шанс прожить хотя бы до 120-150 лет.

Об акупунктуре

- Мой Учитель говорил, что согласно даосской картине мира наши эмоции и даже многие наши действия определяются состоянием внутренних органов. Например, что усилие "хочу" идет от почек, а усилие "надо" - от печени. Ваша теория позволяет понять, каким образом подобные закономерности могут объясняться.

Да, на Востоке было получено много интересных наблюдений по поводу функционирования организма. Часть этих эмпирических находок сейчас подтверждается. Например, висцеральная теория позволяет сделать предположение о механизмах работы акупунктурных точек и рефлексотерапии. Я попробую пояснить.

Когда мы на экспериментах продемонстрировали ответы коры мозга на стимуляцию внутренних органов, возник следующий вопрос: "Каким образом весь объем висцеральной информации приходит в кору?" Анатомия проводящих путей от сенсорных каналов к тому времени была хорошо известна. Были так же исследования, касающиеся блуждающего нерва. Но мы четко понимали, что одного блуждающего нерва для передачи всего массива информации от внутренних органов не достаточно. Этот нерв слишком маленький. Мы начали искать другие объяснения.

Известно, что от различных участков кожи к позвоночнику идут нервные волокна. Дерматологами давно составлена подробная схема, показывающая соответствие различных участков поверхности тела и корешков спинного мозга. Позже выяснилось, что через эти же самые корешки к спинному мозгу приходят нервные волокна от внутренних органов. Более того, все эти волокна оканчиваются на одних и тех же нейронах спинного мозга. Они там смешиваются и далее передают информацию в головной мозг. Получается, что один и тот же нейрон может быть возбужден как сигналами, идущими от поверхности тела, так и сигналами, поступающими от внутренних органов. Только, согласно висцеральной теории, это никогда не происходит одновременно. Состояние сна выступает в качестве переключателя. Мы об этом уже говорили.

Теперь вернемся к акупунктуре. Если у человека есть патология в каких-то внутренних органах, то организм делает все для ускорения передачи информации от них в спинной и головной мозг. Он снижает пороги чувствительности соответствующих нейронов, чтобы улучшить проведение сигналов. Как еще можно побудить организм снизить эти пороги? Мы знаем, что на те же самые нейроны приходят сигналы от кожи. Значит, если начать раздражать соответствующие участки кожи, то мы получим нужную нам реакцию нейронов. Именно этим и занимается акупунктура.

Кстати, помните я рассказывал о том, что при любом странном патологическом воздействии животное засыпает? Ровно такой же эффект наблюдается у человека при введении игл во время сеанса рефлексотерапии. Человек начинает дремать или проваливается в сон. Теперь вы сами можете объяснить, с чем это связано. Мозг начинает разбираться с проблемой (для этого ему нужен режим сна) и, в первую очередь, запрашивать информацию от тех органов, которые соотносятся с "уколотыми" иглами участками кожи.

О сознании, подсознании и памяти

- Сказанное Вами вполне объясняет еще один момент, характерный для восточных практик самосовершенствования. Известно, что они очень многое делают через медитацию, т.е. через состояние достаточно близкое ко сну. Получается, что медитация может использоваться для целенаправленной настройки работы внутренних органов?

Да. Хотя я очень сомневаюсь, что можно начать активно вмешиваться в деятельность органов. Но открыть возможность для проведения сигналов от органов в головной мозг, а также предоставить мозгу дополнительное время для "наведения порядка" с помощью медитации, вероятно, вполне возможно.

Здесь надо пояснить, что я понимаю под "наведением порядка". Речь об устранении любых расхождений между генетически заданными параметрами функционирования организма и его фактическим состоянием.

- Давайте немного поговорим о сознании. Что это такое? Где находится сознание?

Из висцеральной теории следует, что сознание определенно не связано с корой головного мозга. Ведь сознание активно в бодрствовании и отключается во сне. А нейроны коры одинаково активны как в бодрствовании, так и во сне. А вот нейроны в структурах так называемых базальных ганглиев ведут себя именно таким образом. Они получают сигналы от всех участков коры и активированы в бодрствовании, а во сне проведение сигналов из коры в эти структуры блокируется и нейроны замолкают.

Кора же отвечает за работу подсознания. Точнее, за обработку того колоссального массива информации, который мы даже не осознаем.

- Но мы можем уверенно утверждать, что сознание "живет" в мозге?

Упомянутого участка мозга для обеспечения работы такой чахлой составляющей человека как сознание вполне достаточно. Подсознательная деятельность дождевого червя с информационной точки зрения гораздо сложнее того, что делает наше с вами сознание.

Но я не могу сказать того же самого про память. Память – это совсем другое…

- Поясните, пожалуйста.

Логично было бы предположить, что память должна храниться у нас в теле или хотя бы в мозге. Удивительное возникает, когда начинают исследовать мозг с этой точки зрения.

Свойства памяти обнаруживаются буквально в каждой его клетке. Но это выглядит скорее как та память, которая находится во всех наших информационных устройствах – принтерах, сканерах и т.п. C другой стороны, какого-то аналога основного накопителя информации типа жесткого диска или блоков твердотельной памяти, отвечающих за хранение основного массива жизненной и информации, до сих пор не обнаружено.

Предполагают, что память может быть рассредоточена по всей коре или даже по всему объему мозга. Есть соображения в пользу того, что память может записываться на тех же молекулах ДНК, которые несут в себе генетическую информацию. Но тут остается открытым вопрос о быстрых механизмах извлечения этой информации… Так что пока ответа на вопрос где же хранится память, нет.

Часто случалось, что подсказки физиологам давали успехи в развитии технических систем, и, в первую очередь, успехи в области информационных технологий. Если бы я занимался исследованиями памяти, то обратил бы сейчас внимание на облачные хранилища данных. Уж если люди додумались до того, что нерационально таскать с собой большие хранилища информации, а лучше организовать легкий доступ к этим хранилищам с любого места, то неужели конструктор человека не понял преимущества такой системы?

-Вы считаете, что память хранится вне человека?

Да, я сейчас вполне допускаю такое. Но где именно и как именно она хранится, я, естественно, не знаю. Видимо, нам надо ждать открытия новой материальной субстанции, которая позволяла бы хранить подобную информацию и обеспечивать организмам быструю связь с этим хранилищем. Думаю, что вскоре физики такую субстанцию или такое поле обнаружат. Сейчас в исследовании мироздания открывается много удивительных вещей.

О полифазном сне и сновидениях

-Что Вы думаете по поводу практик полифазного сна? Для читателей напомню, что полифазным (или многофазным) называется такой режим сна, при котором сон разбивается на большое количество периодов, распределенных в течение суток. Человек как бы спит "много раз по чуть-чуть".

Такая практика могла бы быть идеальной. По подобной модели работают многие зверюшки. Понаблюдайте. Они спят дробно, а не одним большим периодом.

Бороться с естественной сонливостью крайне вредно. Ведь сонливость означает, что в организме возникли сбои и требуется "наведение порядка".

- Что такое сновидения?

Я думаю, что сновидения – это форма патологии. В норме (т.е. когда вся нейрология работает правильно) их быть не должно. Даже могу предположить, что человек, который никогда не видит снов, проживет на 20-30 лет дольше.

- Что для Вас является самым удивительным в феномене сна?

Во сне все удивительно! опубликовано

беседовал Сергей Сухов

На сон тратится треть жизни. Каждый человек (в том числе и слепой от рождения) видит сновидения. Мужчины-гетеросексуалы чаще видят в сновидениях не женщин, а других мужчин. Такие факты привлекают внимание людей к феномену сна. И пусть активность человеческого мозга во время сна уже изучена достаточно, чтобы удивлять, но ещё недостаточно, чтобы ответить на все вопросы исследователей.

Феномен сна в 10 удивительных фактах

Стадии сна и ритмы мозга

По некоторым приведённым выше фактам видно, что целиком сон состоит из нескольких стадий, во время которых мозг демонстрирует разное качество умственной активности. Переход из одной стадии и фазы в другую можно зафиксировать путём измерения ритмов головного мозга. (Впервые это осуществили в средине XX века с помощью ЭЭГ). Взаимодействие фаз зависит от суточных ритмов, гормонального баланса, температуры тела и других факторов.

В целом весь процесс сна состоит из периода со сновидениями («быстрого») и периода без сновидений («медленного»), которые образуют своеобразный изменчивый цикл. Этот цикл в течение ночи повторяется несколько раз. Причём, если в начале ночи (а начале общего периода сна) на стадию медленного сна приходится большая часть времени, то к концу ночи это соотношение постепенно меняется в сторону удлинения «быстрой» стадии. «Медленная» стадия складывается из 4 фаз:

После «медленной» стадии начинается стадия «быстрая», которую ещё называют парадоксальной.

Парадокс здесь в том, что чрезвычайная активность мозга сочетается с полной неподвижностью тела. Тело словно охватывает паралич. Быстро двигаются только глаза под веками, что хорошо заметно со стороны. В этой стадии человек и видит сновидения.

На прохождения всех фаз и стадий в начале ночи уходит порядка полутора часов. Из них 80 минут занимает «медленный» сон и 10 минут - «быстрый». Затем циклы повторяются. Причём периоды «медленных» стадий сокращаются, а «быстрых» - удлиняются. Так утром, в последнем цикле перед пробуждением, соотношение может быть уже 30:60 в пользу «быстрого» сна. Такое количество утренних сновидений даёт возможность запоминать их после пробуждения - вероятность того, что будильник зазвонит именно в парадоксальной стадии выше.

В течение суток биологические ритмы «бодрствования-сна» регулируются:

• гомеостатическим процессом, регулирующим режимы засыпания-пробуждения,
• циркадным ритмом, отвечающим за отслеживание времени суток.

Циркадные ритмы каждого конкретного человека стабильны, но у разных людей они заметно различаются. Поскольку на реальный циркадный ритм сильное воздействие оказывают внешние маскирующие факторы (стрессовые факторы, стимуляторы и энергетики, освещённость, температура среды), полагаться в оценке следует, в первую очередь, на показатели температуры тела и синтеза мелатонина при слабом тусклом свете.

Наиболее известная дифференциация по этому признаку - разделение на «сов» и «жаворонков». Частично склонность к тому или иному типу обусловлена наследственностью. За поддержание ритма ответственно супрахизмальное ядро гипоталамуса, в регуляции участвуют подкорковые структуры.

От стабильности действия этой системы, регулирующей циркадный ритм, зависят:

• краткосрочная память,
• скорость восприятия,
• познавательные способности,
• концентрация.

Система контролирует те участки мозга, которые локализованы в теменной и лобной долях, за глазницами. В зависимости от времени суток в ответ на одни и те же задачи последует разная реакция. Циркадная система оказывает влияние, скорее, на бодрствование, чем на сон. В частности её действием объясняется улучшение когнитивных функций, наступающее в начале вечера, следующего после предыдущей бессонной ночи.

При патологическом течении гомеостатический и циркадный механизмы перестают дополнять друг друга и начинают конфликтовать между собой, что приводит к нарушениям сна, к его недостатку или полному отсутствию - депривации сна

Нарушения сна: чем это чревато

Индивидуальные реакции на лишение сна могут заметно отличаться у разных людей. Однако у одного и тоже человека эти проявления более-менее похожи.

Физиология при нарушениях

При отсутствии сна нарушается регуляция циркадного ритма. Связано это с тем, что мелатонин, который входит в число основных регуляторов суточного цикла, синтезируется, главным образом, в ночное время, а у человека, «пропускающего» ночь этого синтеза в полном объёме не происходит. Кроме этого, при депривации сна подавляется активность префронтальных и теменных областей мозга, таламуса.

Префронтальная кора играет главную роль в регуляции сонливости. Спустя 35 часов непрерывного бодрствования начинает снижаться активность височной коры. Реакция этой коры на вербальное обучение у невыспавшихся людей отличается от нормы. Недосыпание меняет и состав нейронных рецепторов на поверхности клетки: количество рецепторов дофамина уменьшается, а рецепторов серотонина - увеличивается. И хотя недосыпание практически не влияет на объём памяти, оно серьёзно замедляет скорость реакции.

Генетические факторы

• Одно из самых распространённых нарушений - способность заснуть только под утро. Для этого состояния типичен растянутый циркадный ритм, когда индивидуальные «внутренние сутки» растягиваются до 25 и более часов. Для нарушения характерен полиморфизм, затрагивающий количество повторов в гене PER3 - связь с аллелью 3111C CLOCK.
• Обратное нарушение, когда человек засыпает гораздо раньше условной нормы и его «внутренние сутки» спрессовываются до 23 часов. Нарушение обусловлено мутацией гена PER2.
• С нарушениями сна связывают и мутации аллели гена белка (HLA) DQB1*0602 - главного комплекса гистосовместимости, найденные у 15-35% здоровых людей, которые хуже других переносят частичное лишение сна.

Нарушения сна

Важность сна для сохранения жизни уже была проиллюстрирована последствиями «фатальной семейной бессонницы». Но существуют и другие патологии.

• Поведенческие отклонения . Для этого нарушения характерны непроизвольные движения руками и/или ногами, которые чаще возникают при переходе между фазами или в стадии быстрого сна, в результате чего создаётся ощущение, что человек физически участвует в своём сновидении. Часто это отклонение наблюдается у людей с болезнью Паркинсона, что диктует соответствующий способ лечения.

• . При этом заболевании, которым страдает 1 человек на 2,5 тыс. населения, нарушаются механизмы, регулирующие переход в «быструю» стадию. Человек может внезапно заснуть «на ходу» особенно при монотонной работе.

Ещё одно характерное проявление нарколепсии - катаплексия - непроизвольное и неожиданное расслабление мышц тела, возникающее в момент ярких эмоциональных переживаний (ярости, радости, сексуального наслаждения, значимых воспоминаний и др.). Нередко, перед тем как упасть при расслаблении мышц, человек успевает сознательно выбрать место падения.

К сопутствующим симптомам нарколепсии относятся:

• «паралич» после пробуждения, в котором человек пребывает ещё несколько секунд после того как проснётся,
• яркие сновидения, иногда переходящие в галлюцинации, в моменты засыпания и пробуждения,
• выраженная необходимость дневного сна.

Депрессия и нарушения сна

Нарушения сна могут быть как симптомом депрессии, так и её причиной. При депрессиях человек дольше засыпает, часто просыпается в течение ночи, сон становится поверхностным. Удлиняются 1 и 2 фазы и укорачиваются 3 и 4. В тяжёлых случаях эти две последние фазы самого глубокого сна могут отсутствовать вообще. Из-за этого страдающие депрессией люди не высыпаются вообще независимо от продолжительности сна. Переход между фазами в состоянии депрессии происходит более резко.

Ещё чаще встречаются нарушения парадоксальной стадии. Человек с депрессией очень резко переходит в состояние бодрствования. «Быстрая» стадия, начиная с первого цикла, наступает горазда раньше. В отличие от нормально течения, депрессивный тип цикла проявляется в виде удлинения парадоксальной стадии не во второй, а в первой половине ночи.

После преодоления депрессии сон, как правило, нормализуется, но не всегда это происходит сразу. Иногда патологические проявления возникают ещё в течение полугода. В тех случаях, когда депрессия влечёт за собой нарушения сна (а такое бывает в 9 случаях из 10), применяют препараты, стабилизирующие эмоциональное состояние. Нередко, чтобы не усугубить положение при стрессовых обстоятельствах, в условиях надвигающейся депрессии или для плавного выхода из неё применяют «мягко» действующие природно-растительные комплексы, которые:

• нормализуют сон,
• избавляют от депрессивных состояний, страхов и тревог,
• улучшают эмоциональный фон.

Речь о таких препаратах, как «ХэдБустер», «БрейнРаш» и подобных им. Одновременно с эмоциональной стабилизацией эти комплексы усиливают умственную активность, способствуют улучшению памяти и внимания. Мозговая деятельность улучшается одновременно с улучшением состояния тканей мозга и проводимости сигнала в нейронных сетях. В основе действия этих средств лежит количественный принцип постепенного накопления активного вещества в течение всего рекомендованного курса, что обуславливает безопасность препаратов. В зависимости от индивидуальных особенностей организма первые результаты становятся заметны после одной-двух недель применения. Каждый элемент подобран так, что он усиливает действие других компонентов средства.

Все млекопитающие и теплокровные существа на планете, и даже и птицы, должны спать. Это особенность организма, которую ученые не могут разгадать до конца и понять, как же она работает. Однако в 50-хгодах прошлого века была изобретена электроэнцефалограмма (ЭЭГ) - это методика, позволяющая следить за тем, что происходит с мозгом во время сна и другими органами и системами. При этом человек спит, его отдых не нарушается, что позволяет получить достоверные данные о функционировании тела.

Однако наиболее актуальным является вопрос о том, как происходит работа мозга во время сна. Ответы на него найдены только частично, но они могут объяснить некоторые важные процессы, происходящие при ночном отдыхе.

Активность по фазам сна

Раньше считалось, что в спящем состоянии активность мозга постепенно снижается, а потом и вовсе прекращается его деятельность. Однако появление ЭЭГ полностью опровергло эту теорию. Оказывается, что мозг во сне никогда не «дремлет», он проделывает титаническую работу, чтобы подготовить нас к последующему дню.

Когда мы спим, происходит прохождение через две основные фазы: медленного и быстрого сна. Медленный сон еще называют ортодоксальным или глубоким, именно из него начинается ночной отдых. После этого идет быстрая фаза, ее также именуют парадоксальной или фазой быстрого движения глаз.

Мозг во время сна ведет себя по-разному, в зависимости от того, через какую фазу он проходит. Рассмотрим более подробно, какой механизм действия нейронов в нем запускается в определенные моменты.

1. Мозг и медленный сон. Во время засыпания нейронные колебания в мозге постепенно затухают, все мышцы тела максимально расслабляются, сердцебиение замедляется, снижается давление и температура тела. За погружение в сон отвечает отдел мозга, называющийся гипоталамус. В нем есть группа нервных клеток, которые тормозят выработку нейротрансмиттеров (химических передатчиков, отвечающих за обмен импульсами между нервными клетками). Активизация этой группы нейронов мозга отвечает за начало ночного отдыха.
2. Деятельность мозга во сне быстрой фазы. Во время парадоксального сна возбуждение таламуса осуществляется холинергическими рецепторами, в которых передача возбуждения происходит посредством ацетилхолина. Эти клетки расположены в среднем мозге и верхней части варолиева моста. Их высокая активность ведет к тому, что появляется всплеск нейронных колебаний. Мозг во сне этой фазы выполняет почти такие же функции, как и при бодрствовании. Однако трансмиттеры моноамины, которые направляются в кору головного мозга из верхней части его ствола, такой активности не испытывают. Следовательно, передача информации от таламуса в кору происходит, но мы ее воспринимаем как сон.

Детоксикация во сне

Мозг во сне выполняет различные функции, но последние исследования подтвердили, что главной из них является детоксикация. По мнению экспертов, за этот процесс отвечает глимфатическая система, открытая всего несколько лет назад учеными. Как выяснилось во время экспериментов, проводимых на мышах, активность этой системы во время сна возрастает более чем в 10 раз. Процесс выведения вредных белковых соединений помогает предотвратить такие патологии, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Происходит «очистка» следующим образом:

• клетки, поддерживающие нейроны в головном мозге, во время сна уменьшаются в размере, они будто съеживаются;
• межклеточное пространство увеличивается в мозговом веществе;
• мозговая жидкость практически вымывает токсины, скопившиеся между клетками.

Как предполагают ученые, на детоксикацию мозг тратит много энергии. Возможно, он не может одновременно бодрствовать и «очищаться», и потому мы вынуждены проводить некоторое время во сне.

Достоверные данные по этому поводу будут известны только тогда, когда эксперименты начнут проводить на людях, а не на животных.

Другие функции

Несмотря на то, что детоксикацию ученые считают одним из наиболее важных открытий последних лет, кроме этой задачи мозг во сне выполняет и другие важные для организма функции.

Рассмотрим, какую именно работу он проделывает, и как она отражается на нашем самочувствии днем:

Подведем итоги

Мозг человека - это уникальная структура, возможности которой еще до конца не открыты. Если раньше считалось, что он полностью отключается во время сна, то сейчас известно, что это не так. В то время как мы отдыхаем, активируются нейронные связи, которые отвечают за различные функции нашего организма.

Полноценный сон важен для поддержания нормального физического и психологического состояния человека, потому ему нужно отводить положенное время.

Сон человеку необходим прежде всего для отдыха мозга. Но, как показали многочисленные исследования, мозг во время сна работает еще активнее и продуктивнее, чем во время бодрствования, когда он занят взаимодействием с внешней средой.

Приверженцы химической теории сна Пьерон и Лежандр в начале века искали химические факторы сна – яды и шлаки.

Профессор физиолог Ониани убежден, что такие факторы есть, но они являются не ядами и шлаками, а веществами, определенная концентрация которых может нарушить мозговой гомеостаз, комплекс состояний и процессов, обеспечивающих оптимальную работу .

Когда концентрация этих веществ достигает контрольного уровня, запускается для нейтрализации действия опасных веществ.

При длительном сне случаются нейрогуморальные сдвиги, подвергающие угрозе гомеостаз со стороны накопившихся факторов бодрствования. Механизмы бодрствования оживают, и система приближается к своему оптимальному состоянию, нейтрализуя эти факторы.

Таким образом, во время бодрствования накапливаются . Для их нейтрализации необходима длительная работа медленного сна, а факторы пробуждения вырабатываются достаточно быстро. Если химия сна еще не нейтрализована, необходимо притормозить пробуждение. Можно это сделать с помощью псевдободрствования – быстрого сна.

Когда же работа по завершению нейтрализации вредных факторов завершится, мы проснемся по-настоящему. Именно по этой причине в предутренние часы почти отсутствует дельта-сон и господствует быстрый, сдерживающий наше преждевременное пробуждение.

Ониани приводит самую убедительную и простую версию быстрого сна: его цель помочь медленному сну наиболее полно нейтрализовать факторы сна, накопившиеся во время бодрствования. Ониани, как и Фрейд, называет быстрый сон – стражем сна, умным и точным его регулятором.

Но для чего быстрый сон устраивает качели с альфа-ритмом и тета-ритмом, имитируя нарастание и удовлетворение каких-то абстрактных потребностей?

Объяснение этому простое: чтобы вызвать химию бодрствования к жизни, когда организм всецело занят сном, необходимо разбудить активные эмоции, запускающие без промедления эту химию. Слабые эмоции спокойного бодрствования не дадут нужного результата. Поэтому включается напряженное псевдободрствование с его тета-ритмом.

А эмоциональное напряжение можно вызвать различными неудовлетворенными потребностями – потребность в защите, в еде, в питье, в решении сложной творческой задачи, в выходе из запутанной ситуации и т.д.

Но если неудовлетворенная потребность будет только нарастать, мы можем , чего не должно произойти раньше положенного. Поэтому у быстрого сна есть свой гомеостаз, регулируемый качелями: затихающий тета-ритм, возрастающий альфа-ритм. Псевдопотребность удовлетворена, можно выпустить пар. И так далее, поочередно.

Быстрый сон контролирует длительность ночного сна, не позволяя нам проснуться раньше времени, загружая нас «работой» в предутренние часы – .

Вырисовывается иерархия циклов и ритмов, которые выстраивают систему гомеостаза с его феноменально организованной саморегуляцией. Цикл «медленный сон-быстрый сон» повторяется несколько раз за ночь. Медленная фаза имеет свою смену ритмов, ведущую к . Быстрая фаза имеет свои ритмы, поддерживающие оптимальный режим.

Комплекс ритмов обеих стадий, повторяясь каждую ночь, устраняют накопленные во время бодрствования отклонения, восстанавливают гомеостатическую гармонию, нарушаемую этими отклонениями.

Говоря о восстановлении и о гармонии, Ониани вкладывает в них самый широкий смысл – восстановление равновесия всей системы жизни.

Однако сон не может быть сам по себе оптимальным состоянием жизни . Случись так, жизнь превратилась бы в сплошной сон. Во время сна система гомеостаза нейтрализует одни отклонения, но приобретает другие.

Наступает бодрствование с присущей ему иерархией ритмов и циклов, система вновь устраняет от равновесия, полученные уже во время сна. У бодрствования, по-видимому, тоже есть внутренние стражи и свои регуляторы оптимального режима.

Так раскрываются роли сна и бодрствования.

Человек отдыхает не только от информационной и , не только от рассогласования биоритмов. Каждая перегрузка – всего лишь доля общей системы, каждое рассогласование – часть общего рассогласования системы.

Таким образом, можно утверждать, что

во время бодрствования мозг отдыхает ото сна, а во время сна – от бодрствования.

По материалам А.Вейна «Три трети жизни»

Елена Вальве для проекта Сонная кантата