100 великих тайн сознания

ТАЙНЫ СНА

Человека во все времена интересовал феномен сна и сновидений. Однако долгое время эти удивительные явления оставались для него необъяснимой загадкой. И лишь когда мышление, память и другие психические явления связали с мозгом, ситуация изменилась.

Более того, одно время, когда организм сравнивали со сложно устроенным автоматом, функционирование мозга тоже пытались свести к механическим процессам.

А известный изобретатель Томас Эдисон в свое время новомодными рентгеновскими лучами даже пытался просветить голову, чтобы воочию увидеть, как работает мозг. Но, конечно же, из его затеи ничего не получилось.

Что же касается сна, то почти всегда считалось, что в это время уставший задень механизм мозга просто-напросто отдыхает. Кроме мозга в эти же часы отдыхают мышцы, кости и другие органы человеческого тела. Однако ученым известно много фактов, которые эта теория объяснить не в состоянии.

Так, еще в середине XX века ученые доказали, что энергетические затраты мозга спящего человека лишь на 10–15 % меньше, чем во время неглубокой дремы. А измученные мышцы вполне могут отдохнуть в состоянии покоя.

Участник эксперимента Н. Клейтмана

Выходит, что для организма нет никакого смысла в том, чтобы треть жизни проводить во сне, то есть в состоянии максимальной незащищенности. И вряд ли ради 10-процентного энергетического выигрыша естественный отбор стал бы рисковать целым организмом.

Поэтому логичнее предположить, что сон – это особое состояние мозга, во время которого происходит ряд специфических явлений, влияющих на поведение организма.

Например, во сне животное принимает характерную позу. Например, жирафы спят на коленях, с завернутой вокруг ног шеей, а львы лежат на спине, сложив на груди передние лапы.

Птицы тоже спят, демонстрируя при этом характерные «птичьи» позы. Например, попугаи спят, повиснув на ветке вниз головой. А многие птицы могут спать и стоя, и сидя на яйцах, и даже на лету.

Но спят не только теплокровные животные, но и ящерицы, черепахи, рыбы. Засыпают также раки и насекомые, причем их сон имеет те же характеристики, что и у высших животных.

Многочисленные экспериментальные исследования последних лет позволили выяснить, что сон у животных связан с так называемыми биологическими часами, или циркадными ритмами, длительность которых обычно чуть больше или немного меньше 24 часов.

«Заводятся» эти часы специальными белками, которые реагируют на свет. Именно дневной свет активизирует светочувствительные рецепторы, возбуждение от которых передается группе нейронов мозга с постоянно функционирующими часовыми генами. Часовые гены, в свою очередь, синтезируют особые белки времени, которые при необходимости блокируют работу часовых генов. При этом, чем больше синтезировано часовых белков, тем меньше включено в работу часовых генов.

И продолжается этот процесс до тех пор, пока не перестанут работать часовые гены и не прекратится синтез белков. Через какое-то время эти белки разрушаются, и часовые гены опять начинают функционировать. Причем цикл этот обычно настроен на длину светового дня.

И еще, что тоже очень любопытно: оказывается, часовые гены мухи дрозофилы и млекопитающих очень похожи. А это значит, что циклы сна и бодрствования очень древнего происхождения.

Но сон – явление намного более сложнее, чем проявление одних лишь циркадных ритмов. Хотя бы потому, что при постоянном освещении и животные, и человек тоже засыпают. Этот факт еще в 1962 году на своих сыновьях проверил основатель науки о циркадных ритмах Юрген Ашофф. Двое суток они находились в полной темноте, однако в течение этого времени нормально засыпали, хотя их суточный ритм и сдвинулся на полчаса.

Эти результаты впоследствии были подтверждены многочисленными экспериментами. Хотя и без специальных опытов было известно, что, например, животные Заполярья могут поддерживать суточный ритм сна и во время полярного дня.

Кстати, существует довольно простой способ смещения циркадных ритмов. И обнаружено это было в опытах с крысами. Крыс, которые в естественной обстановке питаются ночью, стали кормить днем. Прошло совсем немного времени, и крысы, являющиеся ночными грызунами, поменяли свой циркадный ритм на прямо противоположный.

Эксперименты с людьми дали те же результаты. А вот механизм этого явления до сих пор остается неизвестным.

Много новых и любопытных сведений дало ученым использование при изучении сна электроэнцефалографов. Впервые их применили в исследованиях этого явления ученые Чикагского университета Н. Клейтман и Ю. Азеринский. А первым их испытуемым стал маленький сын Азеринского, который спокойно спал с электродами на голове, а ученые в течение ночи не сомкнули глаз, с интересом наблюдая за показаниями прибора.

Результаты записей оказались столь неожиданными, что Клейтман уговорил поспать с электродами и свою дочь. Результаты, полученные в эксперименте с сыном, полностью подтвердились.

Оказалось, что когда человек спит, мозг вовсе не бездействует, и его электроэнцефалограмма (ЭЭГ) совсем не похожа на монотонную, как ритм дыхания, синусоиду. ЭЭГ спящего резко отличается от таковой бодрствующего человека, при этом одна фаза последовательно сменяется другой, и местами они никогда не меняются. Продолжительность одного цикла сна – около полутора часов. Всего же в течение ночи сменяется четыре-шесть таких циклов.

Ученые уже давно и подробно описали эти фазы сна. Первая фаза – дремота. Для нее характерно общее расслабление, спокойное биение сердца, медленные круговые движения глазных яблок. Если спящего человека в это время разбудить, он может отрицать, что спал. В этом состоянии мозг излучает альфа-волны. Длится эта фаза недолго: около 5 минут.

Если дремлющего не беспокоить, то дремота переходит во вторую фазу. Она продолжается около 20 минут и отличается от других появлением на ЭЭГ характерных импульсных всплесков высокой частоты и низкой амплитуды – сонных веретен. В этот состоянии мозг генерирует бета-волны.

Третья фаза – глубокий сон. На ЭЭГ появляются высокоамплитудные волны низкой частоты – дельта-волны, которые никогда не наблюдаются в состоянии бодрствования. В этой и следующей фазах глаза совершают медленные движения из стороны в сторону.

Четвертая фаза сна – это еще более глубокий сон. На ЭЭГ дельта-волны, дыхание и сердечный ритм замедляются, температура тела и мозга немного снижается.

И вдруг после 20–30 минут глубокого сна мозг опять возвращается во вторую фазу неглубокого сна, словно пытаясь проснуться. Но вместо просыпания мозг переходит в пятую фазу, называемую РЕМ-сном. Для нее характерно быстрое движение глаз из стороны в сторону (rapid eye movement): отсюда и название фазы.

У спящего человека почти совсем исчезает тонус мышц, то есть появляется так называемая атония. В этой фазе остаются рабочими только мышцы слуховых косточек, глазодвигательные мышцы и диафрагма.

В то же время ЭЭГ мозга принимает вид, характерный для проснувшегося человека. В этой фазе учащается сердечный и дыхательный ритмы, а также поднимается температура и повышается давление. Продолжается РЕМ-сон около 10 минут.

К концу ночи в последних циклах быстрый сон становится продолжительнее. То есть выходит, что у спящего человека при полной его неподвижности мозг чрезвычайно активен. Из-за этого невероятного сочетания признаков РЕМ-сон называют еще и «парадоксальным сном». После того как РЕМ-фаза заканчивается, снова появляются вторая, третья и четвертая фазы.

Когда мозг находится в РЕМ-фазе, человеку снятся самые эмоциональные и зрелищные сны. Одно время ученые даже считали, что только в это время снятся сны. Когда на ЭЭГ появлялись признаки парадоксального сна, спящих будили и спрашивали, видели ли они сны. В 90 % случаев испытуемые указывали, что их и впрямь разбудили в середине сновидения…

В 1983 году в Пенсильванском университете котике разрушили в мозге область, которая отвечает за атонию во время РЕМ-фазы. Но поведение кошки при этом не изменилось: у нее был нормальный сон с нормальной фазой быстрого сна. Однако во время парадоксального сна кошка вставала, начинала исследовать помещения, гонялась за воображаемой мышью, умывалась… То есть кошка демонстрировала исследователям то, что ей в данный момент снилось.

Такие опыты были проведены на многих животных. Они показали, что животным действительно снятся разнообразные сны, за исключением эротических.

Но, как выяснилось, человек видит сны не только в РЕМ-фазе, но и во время медленного сна. Но только эти сны короче и не такие эмоциональные.

Но как мозг создает такую сложную и упорядоченную картину, как сновидение? Павлов считал, что в мозге находится единый центр сна, который осуществляет торможение нейронов мозга. Однако найти этот центр великому физиологу не удалось.

Зато в мозге открыли целых шесть центров бодрствования. Они контролируют работу особых клеток, которые вырабатывают гаммааминомасляную кислоту – основной ингибитор деятельности нейронов. Если этой кислоты накапливается много, то происходит торможение всей системы, в том числе, и центров бодрствования. То есть цикл «сон – бодрствование» функционирует по принципу обратной связи.

Правда, это относится только к засыпанию и медленному сну. Быстрый же сон имеет собственный центр. Он находится в заднем мозге и состоит из клеток, отвечающих за атонию во время РЕМ-фазы, и двух симметричных групп клеток, отвечающих за активацию мозга.

Более того, ученые выделили и особый фермент – орексин, синтезируемый этими группами клеток и принимающий участие в организации быстрого сна.