Удивительные приключения мозга во сне

Здоровье

Почти каждую ночь своей жизни мы претерпеваем удивительную трансформацию.

Наш мозг основательно изменяет свое поведение и функции, приглушая сознание. На какое-то время мы практически полностью парализованы: даже от холода не дрожим. Зато глаза под веками периодически дергаются, как будто что-то видят, а крошечные мышцы в среднем ухе — даже в полной тишине — двигаются, как будто что-то слышат. Время от времени мы (что мужчины, что женщины) сексуально возбуждаемся. Иногда возникает ощущения полета. Мы находимся у самых границ смерти. Мы спим.

Примерно в 350 году до н. э. Аристотель написал трактат «О сне и бодрствовании», в котором задавался вопросами, что мы делаем в этом состоянии и почему. За следующие 2300 лет никому не удалось дать вразумительный ответ. В 1924 году немецкий психиатр Ганс Бергер изобрел прибор, записывающий электрическую активность мозга, — электроэнцефалограф, и изучение сна перешло из области философии в сферу науки. Но подобраться ближе к убедительным ответам на вопросы Аристотеля мы смогли лишь в последние несколько десятилетий, когда приборы для нейровизуализации позволили составить более детальное представление о внутренних механизмах мозга.

Все, что нам удалось узнать о сне, подчеркивает его важность для нашего психического и физического здоровья. Чередование сна и бодрствования — центральная особенность человеческой биологии, адаптация к жизни на вращающейся планете, к бесконечному круговороту дня и ночи. В 2017-ом Нобелевскую премию по медицине вручили трем ученым, которые в 1980-е и 1990-е годы обнаружили у нас в клетках молекулярные часы, которые синхронизируют ритмы организма со временем суток. Как показали недавние исследования, при нарушениях суточного (циркадного) ритма повышается риск диабета, сердечно-сосудистых заболеваний и деменции.

В лаборатории Стивена Локли в больнице and Women’s Hospital (Бостон) изучают явление, которое обрушивается на нас изо дня в день, — свет. В частности то, как волны определенной длины, попадая в глаз, воздействуют на мозг, поведение и психику — например, сбивая наши 24-часовые циркадные ритмы.
Вместе с этим, несоответствие между современным образом жизни и чередованием дня и ночи приобрела масштабы эпидемии. «Мы как будто живем в рамках всемирного эксперимента по изучению негативных последствий депривации сна», — отмечает Роберт Стикголд, директор Центра по изучению сна и когнитивных способностей Гарвардской медицинской школы. Сегодня среднестатистический американец спит меньше 7 часов в день — почти на 2 часа меньше, чем в прошлом столетии. По большей части это вызвано распространением электрических лампочек, а позже — телевизоров, компьютеров и смартфонов. Наше неугомонное общество, привыкшее к жизни в океане искусственного света, часто воспринимает сон как противника — как состояние, лишающее продуктивности и возможности развлекаться. Томас Эдисон, привнесший в нашу жизнь электрические лампочки, называл сон нелепицей и плохой привычкой. Он верил, что со временем мы сможем окончательно от него избавиться.

Полноценный ночной сон теперь считается чем-то исключительно редким и старомодным — как письмо, написанное от руки. Мы постоянно жульничаем: боремся с бессонницей снотворным, хлестаем кофе, чтобы перестать зевать, всячески отлыниваем от замысловатого путешествия, в которое, по задумке, должны отправляться каждый вечер. Если поспать удастся на славу, нам предстоит 4-5 раз пройти через несколько стадий сна, каждая из которых обладает четко определенными свойствами и назначением, — это извилистый, полуреальный переход в параллельный мир.

Начинается трансформация очень быстро. Человеческое тело не любит топтаться в проходе между двумя состояниями. Мы предпочитаем пребывать в каком-то одном: либо бодрствовать, либо спать. И вот мы гасим свет, ложимся в кровать, закрываем глаза. Если циркадный ритм надежно привязан к времени суток, если эпифиз вырабатывает мелатонин, сигнализируя о наступлении ночи, и если ряд других систем подчинится его указаниям, наши нейроны незамедлительно начнут работать в едином ритме.

Нейроны (их около 86 миллиардов) — это клетки, образующие в мозгу аналог Всемирной паутины, взаимодействуя между собой посредством электрических и химических сигналов. Когда мы бодрствуем, нейроны напоминают галдящую толпу: в мозгу бушует настоящий шторм. А когда они активируются равномерно и ритмично (на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) это видно по стройной ряби), это означает, что мозг переключился на внутренние задачи, отстранившись от хаоса повседневной жизни. Вместе с этим приглушается активность сенсорных рецепторов, и вскоре мы засыпаем.

Считается, что сон постоянно отрывает нас от жизни, однако настоящее бедствие — это хроническое недосыпание. В Японии около 40% населения спит меньше 6 часов в день. Сон в общественных местах (как в этом круглосуточном кафе в Токио) воспринимается как нечто совершенно нормальное.
Ученые называют этот период первой стадией, «мелководьем» сна. Она длится около 5 минут. Затем из глубин мозга приходит серия электрических импульсов, которые распространяются по коре больших полушарий — складчатому серому веществу, покрывающему наружный слой мозга (она отвечает за речь и сознание). Эти вспышки длиной в полсекунды называются сонными веретёнами (или сигма-ритмами) и знаменуют они собой начало второй стадии.

Активность мозга во сне не снижается, как на протяжении долгого времени полагали ученые, — просто его активность проявляется иначе. В теории, сонные веретёна стимулируют кору сохранять свежую информацию — и, возможно, помогают связать ее с уже имеющимися в долговременной памяти знаниями. Во время экспериментов по изучению сна, когда людям предлагали выполнить новые для них задания умственного или физического характера, частота появления сигма-ритмов увеличивалась. Судя по всему, чем больше веретён было зафиксировано, тем лучше испытуемым удавалось выполнить задание на следующий день.

По мнению ряда экспертов, по частоте ночных сигма-ритмов можно даже составить представление об уровне умственного развития. Во сне создаются связи, которые вряд ли сформировались бы осознанно, — и все мы об этом интуитивно догадываемся. Никто ведь не говорит: «надо с этим перекусить», говорят: «с этим надо переспать» (имеется в виду английское выражение «sleep on it»).

Японским термином «инэмури» (яп. ‘присутствовать’ + ‘спать’ ) называют особую форму сна: человек засыпает в не предназначенных для этого местах: например, в подземке или даже за столом в гостях и в офисе. «Официально спать не разрешается, — объясняет Бриджит Стегер, специалист по Японии из Кембриджского университета (Англия), — и чтобы ваше поведение сочли приемлемым, нужно вести себя наиболее адекватным ситуации образом. На совещаниях, к примеру, притворяться, что слушаешь, или прикрыть лицо бумагами. Если вы еще не прослыли халтурщиком, немного инэмури может даже сыграть на пользу деловой репутации: такое поведение показывает, что человек впахивает до изнеможения».
Бодрствующий мозг лучше всего подходит для сбора внешних сигналов, мозг спящий — для закрепления полученной информации. Ночью мы переключаемся с «записи» на «монтаж»: это можно отследить на молекулярном уровне. Мы не просто механически сортируем мысли — спящий мозг активно отбирает, какие воспоминания оставить, а от каких избавиться.

Мозг не всегда делает мудрый выбор. Сон мощно активизирует память: причем не только на второй стадии, в которой мы проводим почти половину сна, но и на протяжении всего нашего закольцованного путешествия. Поэтому изнуренным солдатам, к примеру, имеет смысл не ложиться спать сразу по возвращении с тяжелых для психики заданий. По мнению невролога Джины По из Калифорнийского университета, чтобы предотвратить возникновение посттравматического расстройства, солдатам нужно бодрствовать еще 6-8 часов. Проведенное ей и ее коллегами исследование показало, что отход ко сну сразу после серьезного происшествия, до того как мозг сумеет хотя бы частично справиться с эмоциями, скорее всего, превратит пережитое в долговременное воспоминание.

Вторая стадия может длиться до 50 минут в первый за ночь 90-минутный цикл (в последующих циклах ее доля меньше). Сигма-ритмы могут какое-то время появляться каждые несколько секунд, однако затем импульсы становятся все реже. Замедляется сердцебиение. Понижается температура тела. Исчезают последние признаки осознания происходящего вокруг. Мы начинаем длительное погружение к третьей и четвертой стадиям — в самые глубины сна.

Моряк судна «Пол Гамильтон» лежит на койке в испускающих свет очках: их нужно ненадолго надевать после пробуждения. Нита Шаттук из Военно-морской аспирантуры (Монтерей, Калифорния) тестирует эти устройства, чтобы выяснить, смогут ли они перевести биологические часы моряков и синхронизировать их с расписанием смен, а не с временем суток.

Что вызывает в нас желание заснуть? Эта герметичная комната в Институте сна города Цукуба позволяет исследователям в точности измерить количество потребляемого спящим кислорода и, как следствие, скорость его обмена веществ, а также установить, как на это влияют, скажем, яркость и цвет освещения. Определение условий, наиболее способствующих погружению в сон, может стать первым шагом в лечении бессонницы.
Третья и четвертая стадии
Мы впадаем в глубокий, подобный коме сон, необходимый нашему мозгу в той же мере, как нашему телу необходима еда. Это время предназначено не для сновидений, а для физиологической уборки.

Сон — пусть даже и в примитивной форме — обнаруживается у всех без исключения животных. Трехпалые ленивцы дремлют около 10 часов в день, что уже кажется удручающим проявлением апатичности, однако некоторым крыланам удается проводить в царстве Морфея по пятнадцать часов, а летучим мышам рода ночницы — вплоть до двадцати. Жирафы спят меньше пяти часов в день. Лошади обычно спят часть ночи стоя, а часть — лежа. Дельфины спят полушариями: пока одна половина мозга спит, другая бодрствует — это позволяет им постоянно находиться в движении. Большие фрегаты могут вздремнуть во время полета, да и многие другие птицы тоже. Акулы-няньки спят группами, улегшись на морское дно. Тараканы во сне складывают антенны, а еще они чувствительны к кофеину.

Сон как состояние, характеризующееся снижением реакции и ограниченной подвижностью, которое (в отличие от спячки или комы) легко прервать, наблюдается даже у существ, не обладающих мозгом. Спать могут медузы: у них заметно замедляется пульсация тела, а у одноклеточных организмов (планктона и дрожжевых грибов) четко выделяются циклы активности и отдыха. Эти наблюдения позволяют предположить, что сон — явление древнее, изначальная и универсальная функция которого состоит не в реорганизации воспоминаний и не в усвоении нового материала, а скорее в поддержании жизни как таковой. Очевидно, что любое существо, вне зависимости от размера, не может непрерывно функционировать 24 часа в сутки.

«Бодрствование — состояние энергозатратное, — объясняет Томас Скэммел, профессор неврологии из Гарвардской медицинской школы. — Нужно ведь вставать и идти побеждать всех остальных в борьбе за выживание. Одно из последствий — потребность в периоде отдыха для восстановления клеток».

Во время сна закрепляются новые воспоминания. Но что в этот момент происходит в мозгу? Сотрудник университета Цукубы (недалеко от Токио) Такэси Сакураи изучает этот вопрос с помощью оптогенетики: лазерным лучом ученый активирует и затормаживает деятельность мозговых клеток мышей с генетически запрограммированной чувствительностью к подобным манипуляциям.
У людей это происходит в основном во время глубокого сна, на третьей и четвертой стадиях: они отличаются процентным соотношением мозговой активности, которая на ЭЭГ представлена крупными покатыми дельта-волнами. На третьей стадии дельта-волны присутствуют меньше половины ее продолжительности, на четвертой стадии — больше половины. Некоторые ученые полагают, что вместе они составляют единую стадию глубокого сна. В это время наши клетки производят больше всего гормона роста, который необходим для развития костей и мышц на протяжении всей жизни.

Существует внушительный массив свидетельств, подтверждающих, что сон крайне важен для поддержания здоровой иммунной системы, температуры тела и кровяного давления. В условиях нехватки сна нам хуже удается управлять своим настроением, а тело дольше справляется с повреждениями. Возможно, сон даже важнее еды: по словам Стивена Локли из Brigham and Women’s Hospital, от депривации сна животные умирают быстрее, чем от голода.

Вполне вероятно и то, что здоровый сон способствует снижению риска возникновения деменции. Исследование на мышах, проведенное Майкеном Недергором из Рочестерского университета (Нью-Йорк), позволило предположить, что, когда мы бодрствуем, нейроны плотно прилегают друг к другу, а когда спим, некоторые клетки мозга уменьшаются в размере на 60%, за счет чего расширяются пространства между ними. Эти пространства служат свалкой для метаболических отходов: в частности, вещества под названием бета-амилоид, которое нарушает взаимодействие между нейронами и тесно связано с болезнью Альцгеймера. И только во сне, словно моющее средство, спинномозговая жидкость вымывает бета-амилоид из этих расширившихся «коридоров».

«Речь идет о широкомасштабной дезактивации, — поясняет Майкл Перлис, директор программы поведенческой медицины сна в Пенсильванском университете. — Четвертая стадия не сильно отличается от комы или смерти мозга. Несмотря на ее восстановительные и укрепляющие свойства, лучше ей не злоупотреблять».

Мы можем пребывать в четвертой стадии не больше 30 минут, после чего мозг из нее вырывается. У лунатиков этот момент может сопровождаться резким вздрагиванием. После этого мы проходим три предыдущие стадии в обратном порядке и просыпаемся.

Даже здоровые люди просыпаются несколько раз за ночь — хотя большинство этого даже не замечает. Мы снова засыпаем уже через несколько секунд. Однако на этот раз вместо того, чтобы снова проходить через все стадии, мозг запускает совершенно новый процесс и отправляется в путь к вещам поистине из ряда вон выходяшим.

По данным центров контроля и профилактики заболеваний, более 80 миллионов взрослых американцев страдают от хронической нехватки сна, то есть спят меньше рекомендованного минимума в 7 часов. Усталость — причина более миллиона автокатастроф в год, а также существенного количества врачебных ошибок. Даже незначительные изменения в распорядке дня могут повлечь за собой негативные последствия. По понедельникам, после перехода на зимнее время, в США наблюдается повышение числа сердечных приступов на 24% в сравнении с обычными понедельниками, а также рост аварий со смертельным исходом.

Около трети из нас хотя бы раз в жизни столкнутся с диагностируемыми расстройствами сна. В их число входят хроническая бессонница, временная остановка дыхания (апноэ) во сне, синдром беспокойных ног, а также другие, более редкие и причудливые заболевания.

Когда люди, страдающие от синдрома взрывающейся головы, пытаются уснуть, им кажется, что в мозгу раздаются звуки взрывов. Проведенное в Гарварде исследование помогло установить, что сонный паралич — неспособность двигаться несколько минут после пробуждения — лежит в основе многих историй о похищении инопланетянами. Люди с синдромом Клейне — Левина раз в несколько лет беспробудно спят одну-две недели. Затем цикл приходит в норму без ощутимых побочных эффектов.

Чаще всего встречается бессонница. Именно из-за нее в любой отдельно взятый месяц 4% взрослых американцев принимают снотворное. Люди, подверженные бессоннице, обычно тратят больше времени на то, чтобы уснуть, или просыпаются по ночам на длительные периоды времени, или страдают и тем, и другим. Если сон — это универсальное естественное явление, которое совершенствовалось тысячелетиями, напрашивается вопрос: почему у стольких людей с ним проблемы? Виновата эволюция. Виноваты и условия современной жизни. А точнее несоответствие между первым и вторым.

Война со сном началась с изобретением ламп накаливания, которые впервые позволили с легкостью разогнать тьму. Большие города (например, Токио) часто освещаются светодиодными лампочками. Они относятся к энергосберегающим, однако производят большое количество синего света, а он в наибольшей мере препятствует здоровому сну.

На портретах людей с ночных улиц Токио видно разнообразие цветов на неоновых вывесках: одни цвета бодрят, другие — расслабляют. Эти беспорядочные раздражители нарушают природное чередование света и тьмы, к которому наши тела привыкали миллионы лет.

Как и другим животным, эволюция даровала нам сон, который поддается корректировке по времени и который легко прервать: так им можно пожертвовать в угоду более высоким приоритетам. На всех стадиях сна в мозгу функционирует система аварийного управления, которая разбудит нас в экстренном случае: скажем, услышав плач ребенка или шаги приближающегося хищника.

Проблема заключается в том, что в современном мире наша древняя, врожденная система экстренного пробуждения постоянно устраивает ложную тревогу из-за ситуаций, которые жизни не угрожают: тревожится перед экзаменом, переживает из-за финансового положения или реагирует на звук автомобильной сигнализации. До промышленной революции — подарившей нам будильники и четкий рабочий график — бессонницу часто можно было побороть, просто выспавшись. Больше так сделать не получится. А если вы принадлежите к числу людей, гордящихся своей способностью быстро уснуть практически в любом месте, не обольщайтесь: это верный признак того, что сна вам не хватает (особенно если вам еще нет сорока).

Первой при недосыпе начинает барахлить префронтальная кора, центр принятия решений и поиска ответов на поставленные задачи. Люди, испытывающие недостаток сна, более раздражительны, подвержены переменам настроения и иррациональны. «Похоже, что недосып негативно влияет на все когнитивные функции», — заявляет Кьяра Чирелли, нейробиолог из Висконсинского института по изучению сна и сознания. Как показывают исследования, невыспавшиеся подозреваемые в обмен на сон готовы признаться в чем угодно.

Тот, кто регулярно спит менее 6 часов в день, подвержен повышенному риску депрессии, психоза и инсульта. Недосып напрямую связан с ожирением: если человек не высыпается, организм и другие органы производят слишком много гормона голода грелина, из-за чего хочется есть больше, чем необходимо. Но точно установить причинно-следственную связь сложно, поскольку на людях необходимые эксперименты проводить нельзя. Однако очевидно, что недосыпание негативно отражается на всем организме.

Проблему не решают ни «микросон», ни таблетки. «Сон не однороден», — объясняет Джеффри Элленбоген, специалист по сну из Университета Джона Хопкинса, возглавляющий проект «Крепкий сон», в рамках которого ученые консультируют компании относительно того, как их работникам добиться большей производительности за счет более разумного подхода ко сну. «Сон — это не марафон, скорее десятиборье. Во сне происходит множество процессов. Попытка манипулировать сном с помощью таблеток или специальных устройств выглядит заманчиво, однако мы пока недостаточно разбираемся в этом явлении, чтобы идти на риск и искусственно изменять его составляющие».

Однако выяснилось, что этот период, напротив — время для особой, но не менее важной формы сна, которая по сути представляет собой еще один тип сознания.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *