Не мешайте мозгу спать

Галина Костина

Более-менее разобравшись с медленным сном, восстанавливающим силы организма, ученые бьются над загадкой сна быстрого. Самая правдоподобная гипотеза — благодаря быстрому сну мы адаптируемся к потокам новой информации

В ночь с 30 на 31 декабря 1999 года мне приснился Ельцин. В доверительной беседе Борис Николаевич рассказывал мне, как он устал быть марионеткой в чьих-то руках, устал физически и морально нести на себе огромную нагрузку. Он бы куда с большим удовольствием занялся своим здоровьем и собственной семьей. А в полдень 31−го он объявил о своей досрочной отставке. И хотя до этого мне снился Чубайс с кошкой в пустом темном доме, а много лет спустя — Ходорковский, просивший помочь с фуршетом по случаю его освобождения, сон с Ельциным был самым поразительным, как бы пророческим. Но сновидения — лишь один из феноменов сна, пусть и самый впечатляющий. В этом явлении столько загадок, что ученые готовы согласиться с афоризмом одного из виднейших исследователей сна Мишеля Жуве: «Кто познает тайну сна, познает тайну мозга».

Сон родился в тепле

Считается, что сон появился вместе с терморегуляцией. Большая часть млекопитающих приспособилась к жизни путем организации терморегуляции (некоторые исследователи связывают это с великим оледенением). В отличие от холоднокровных животных, у которых сна нет, а есть лишь бодрствование и покой, во время которого мозг отключается, мозг теплокровных активен и в состоянии покоя. В результате эволюции появилось особое состояние — сон; не покой и не бодрствование — во сне мозг работает. Иначе, чем в состоянии бодрствования, но почти так же активно.

Объяснить природу сна пытались с самых давних времен. Это еще до нашей эры пытались сделать такие мощные умы, как Эмпедокл, Гиппократ, Аристотель. Первый полагал, что сон возникает из-за отделения огня от остальных первоэлементов — воздуха, воды и земли, а попросту из-за уменьшения тепла в крови. «Отец медицины» изъяснялся проще, но по сути похоже: сон приходит из-за оттока крови и тепла во внутренние органы. Аристотель называл тепло «духами», которые появляются в результате поедания пищи и вызывают сонливость. В XVI веке Парацельс вполне приземленно объяснял причину сна дневным утомлением и призывал ложиться с закатом и вставать с рассветом. Было еще немало объяснений все с теми же мистическими терминами вроде «нервных духов» или «жизненных эфиров». Самым симпатичным мне показалось высказанное уже в XIX веке философское определение профессора физиологии и хирургии Филиппа Франца фон Вальтера: «Сон — это капитуляция нашей эгоистичной сущности перед коллективизмом естественного духа, слияние индивидуальной человеческой души с универсальным духом природы».

В пору расцвета естественных наук появились более рациональные объяснения загадки сна — изменения в нервных клетках, обеднение мозга кислородом и пр. Однако проверить все эти гипотезы не было никакой возможности. Да и как проверять, если у объекта изучения не спросишь, что с ним происходит. Он может уже после сна лишь попытаться описать его качество — плохо или хорошо спал, просыпался ли, снилось ли что, а если снилось, то что именно. В результате можно было лишь дать некие внешние характеристики вроде закрытых глаз, замедления дыхания, пульса, возможно, некоторого снижения температуры. Но эти же характеристики были вполне уместны при описании просто отдыхающего с закрытыми глазами человека.

Электромагнитное поле мозга

Мощным толчком к изучению природы сна стали первые опыты немецкого врача Бергера по регистрации электромагнитных волн мозга. В двадцатых годах прошлого века он исследовал мозг бодрствующего человека и стал первооткрывателем альфа-ритма электрической активности мозга. В тридцатые годы его исследования были подхвачены другими. Исследователи могли наблюдать, как меняется характер электромагнитных волн в зависимости от состояния бодрствования, покоя или сна. По рисунку волн было понятно, что процесс сна неоднороден. Он состоит из 90−минутных циклов, включающих две фазы — медленный сон и быстрый. Нормальный сон человека может насчитывать четыре-пять таких циклов. У человека, единственного из всех млекопитающих, сон «слитный», животные после каждого цикла просыпаются. «Животные, кроме того что имеют дробный ночной сон, спят еще пару раз днем, — объясняет ведущий научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН Владимир Ковальзон. — Человек же, работающий или просто активно действующий в течение светового дня, приобрел слитный ночной сон. Кстати, опыты с людьми, 'отключенными от давления цивилизации', привели к тому, что испытуемые приблизились по структуре сна к животным». По словам профессора Ковальзона, практически всем теплокровным животным присущ двухфазный сон, хотя бывают и различия в соотношении времени медленного и быстрого снов (а у дельфинов, например, и вовсе не обнаружили признаков быстрого сна).

О двух фазах сна заговорили сравнительно недавно. В пятидесятых годах один из отцов науки сомнологии — Натаниэль Клейтман открыл быстрый сон. Клейтман вместе с одним из своих помощников Юджином Азеринским заинтересовался вращательными движениями глаз во сне. Выяснилось, что в определенные периоды сна происходят буквально вспышки быстрых движений глаз под закрытыми веками. Оказалось, что если в это время разбудить испытуемого, он рассказывал о сновидениях, поэтому ученые стали считать, что именно в этой фазе спящие видят сны. Выяснилось также, что сон человека состоит из двух частей. Первая часть — как правило, медленный сон, который занимает в цикле большую часть времени, а быстрый — всего 10─15 минут. Во второй части быстрый сон может занимать и 30─40 минут.

Как спят животные

Владимир Ковальзон говорит, что, если бы у животных была возможность спать целый день, они бы спали. Многие дневные животные предпочитает спать пару раз днем и всю ночь. Но ночной сон у них дробный, и после каждого цикла они просыпаются. Как правило, такой цикл у животных, как и у людей, состоит из двух фаз — медленного сна и парадоксального. У лошади, например, парадоксальный сон, по-видимому, сильно сдвинут к утру. Всю ночь она спит стоя, а под утро зачастую ложится, кладет голову на круп и видит сны.

Продолжительность цикла у различных животных разная, у некоторых она может составлять всего несколько минут. Общая же продолжительность сна животных может варьировать от двух часов у жирафа до двадцати у мешотчатого прыгуна. Макаки и шимпанзе спят около десяти часов в сутки. Коровы, лошади, кролики спят с открытыми глазами. У копытных часто наблюдается так называемый коллективный сон — пока одни особи спят, другие бодрствуют, охраняя стадо, потом меняются. Не совсем понятно, как спят птицы во время долгих перелетов.

«Открытие, как спят дельфины, было сделано нашей лабораторией в середине семидесятых, — рассказывает Ковальзон. — Они спят только одним полушарием мозга, в то время как второе бодрствует». Дельфины дышат воздухом на поверхности воды, второе полушарие всегда «на стреме», чтобы не захлебнуться.

Тюлень набирает воздух, заныривает в воду и там спит. Его цикл сна длится несколько минут и укладывается в дыхательную паузу. А вот морские котики могут спать как на суше, так и в воде. Причем на суше они спят, как наземные млекопитающие, а в воде — как дельфины.

Исследования первобытных племен в отдаленных районах мира показали, что эти люди спят примерно так же, как животные, — днем и ночью с дробными циклами.

Многочисленные исследования мозга показали, что в медленной фазе есть еще четыре стадии — от поверхностного сна к более глубокому (на электроэнцефалограмме это отражается в смене ритмов — от ритмов с поэтическим названием «сонные веретена» к К-комплексам и дельта-волнам). В быстром сне выделяют два состояния, в первом из которых, как считается, снятся самые эмоциональные сны, во втором — более спокойные (этот сон характеризуется на ЭЭГ бета-активностью и пилообразным тета-ритмом).

Описать-то структуру описали, но объяснить, увы, мало что смогли. «Кибернетики и нейробиологи уже больше тридцати лет бьются над вопросом, что означают те же сонные веретена», — говорит Геннадий Ковров, профессор ММА им. Сеченова, сотрудник Сомнологического центра Минздрава РФ. — Мы не знаем, о чем говорят эти ритмы, о чем — фазы и стадии. Сон — это множество сложных процессов. Ученые находят феномены, которые более или менее характерны для состояния сна, но целостного объяснения никто дать не может. Появляется масса локальных находок, которые пытаются транспонировать в какую-то гипотезу, но дальше — пустота".

Медленная перезагрузка

Локальные находки, о которых говорит профессор Ковров, позволяют только предположить, для чего нужен медленный и для чего быстрый сон. «Медленный сон с позиций здравого смысла вроде бы более понятен, — говорит Владимир Ковальзон. — Существует гипотеза, что он нужен для восстановления организма». Можно, конечно, говорить, что организм может восстанавливаться и в состоянии покоя при включенном сознании. Но ученые заметили, что, например, гормон роста активнее всего работает в медленном сне, тогда же лучше происходит регенерация тканей. Результаты работы российского ученого Ивана Пигарева не так давно показали, что системы, анализирующие в состоянии бодрствования зрительные сигналы, в период медленного сна анализируют сигналы, идущие из кишечника! То есть в это время мозг перестраивает свои системы на особую ночную работу — управление внутренними органами. «В состоянии бодрствования в мозге происходят электрические процессы при передаче импульсов от нейрона к нейрону, процессы перемещения ионов — в результате получается избыток одних ионов внутри клеток, и других снаружи, — говорит Ковальзон. — Представляется, что в медленном сне как раз и может восстанавливаться этот баланс зарядов».

Открытие и исследование Мишелем Жуве нейромедиаторов позволило выстроить нейрохимическую картину сна, пусть пока и несовершенную. Для фазы медленного сна характерна высокая активность одного из главных тормозящих нейромедиаторов мозга — гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). Позже выяснили, что в процессе торможения еще участвует пептид галанин. Вместе с ГАМК они тормозят выброс тех нейромедиаторов, которые характерны для состояния бодрствования, в частности, серотонина, норадреналина, гистамина и др. ГАМК и галанин действуют на ретикулярную формацию мозга, которая в заторможенном состоянии перестает активировать кору головного мозга. В состоянии бодрствования все отделы мозга активно «общаются» друг с другом, в состоянии же медленного сна кора мозга работает как бы автономно. В этом случае мозг не получает сигналов от сенсорных систем и не посылает сигналы в мышцы. Вполне возможно, что менее активная деятельность мозга и некоторая разобщенность в работе его отделов из-за торможения медиаторами и позволяет мозгу восстанавливать баланс зарядов.

«Я упрощаю схему, потому что в это же время происходит еще масса процессов. Открываются новые вещества, которые могут участвовать в механизмах медленного сна… Пока еще нет четкой картины и нет объяснения, как эти феномены связаны между собой и чем запускаются», — говорит Ковальзон.

Переспать с проблемой

Совсем иная картина наблюдается в фазе быстрого сна. Если в фазе медленного сна мы сильно «тормознуты», то в фазе быстрого многие отделы мозга работают невероятно активно. «Именно потому, что при внешнем покое мозг работает достаточно интенсивно, с переживанием сновидений, этот сон известный ученый Мишель Жуве назвал 'парадоксальным'», — рассказывает Ковальзон.

В фазе быстрого сна активно действует ацетилхолин. Это тоже нейромедиатор, но не тормозящий, а активирующий кору головного мозга. Но активация эта, по словам Ковальзона, не совсем такая, как в состоянии бодрствования, когда кроме ацетилхолина на кору действуют и других медиаторы.

Впрочем, в фазе быстрого сна действуют и тормозящие вещества, главным из которых считается глицин. Он практически полностью отключает мышечную систему (в медленном сне она только заторможена под действием ГАМК). Зачем нужно это отключение? В ходе многочисленных опытов было доказано, что повреждение механизма, отключающего мышечную систему, может привести к тому, что спящий будет реально проделывать те движения, которые ему снятся. В подобных экспериментах кошки с закрытыми глазами в состоянии сна то в ужасе пятились перед неизвестным врагом, то гонялись за несуществующей мышкой. Владимир Ковальзон рассказал об уникальном судебном процессе, происходившем в США несколько лет назад. Сомнологи тогда фактически доказали невиновность подсудимого. Пожилой человек во сне задушил свою супругу. Проснувшись, он посчитал, что она умерла от старости, и был нимало удивлен, когда ему было предъявлено обвинение в убийстве. На шее погибшей нашли следы его пальцев. Изучив этот случай, специалисты-сомнологи доказали, что сделал он это неумышленно. В результате недавнего инсульта у него был поврежден именно тот участок мозга, который отвечает за выключение мышечной системы. Ему снилось, что его душат (он задыхался от «грудной жабы»), и, защищаясь, он душил своего душителя. И его оправдали.

В парадоксальном сне во время сновидений мозг систематизирует информацию

У здоровых людей при полном отключении мышечной системы активно работают некоторые отделы мозга, в том числе и кора, которая и дает нам сновидения. Сновидения как будто говорят нам о том, что мозг «переваривает» какую-то информацию. «Основная гипотеза — быстрый сон нужен для психической адаптации, — рассказывает профессор Ковров. — Хотя сознание отключено от внешней среды, оно работает». Исследователи из Цюрихского университета Дитрих Леман и Марта Куку предположили, что во время быстрого сна и сновидений мы не только перерабатываем информацию прошедшего дня, но комбинируем недавно приобретенные знания с уже имеющейся информацией. Жуве формулировал эту идею немного по-другому — как комбинацию новой информации с врожденными инстинктами. Впрочем, известнейший молекулярный биолог, «отец» ДНК, лауреат Нобелевской премии Фрэнсис Крик полагал, что в парадоксальном сне, наоборот, память очищается стиранием ненужной информации: «Мы видим сны, чтобы забыть».

Геннадий Ковров считает, что в парадоксальном сне во время переживания сновидений мозг систематизирует информацию. «В состоянии бодрствования, на мой взгляд, систематизация не получается, — говорит он. — На мышление оказывает влияние слишком много случайных факторов. Мы можем ошибаться. А наши ошибки могут стоить слишком дорого. Самостоятельно мозг проделает анализ лучше». Говорят же, что с проблемой надо переспать. Или утро вечера мудренее.

Согласимся с профессором Ковальзоном, что гипотеза природы медленного сна более связана, хотя и в ней есть еще белые пятна. И если бы наш сон состоял только из этой фазы, все было бы гораздо проще. Но что делать с быстрым сном, пока полностью оправдывающим название парадоксального? Сейчас разные специалисты лишь регистрируют феномены этого сна, попытки же их связать и последовательно показать единство множества механизмов пока безрезультатны. Лауреат Нобелевской премии профессор физиологии Цюрихского университета Вальтер Гесс еще в начале сороковых предупреждал: «Наши попытки прояснить природу и механизм сна основаны на предположении, что эта проблема не может быть разрешена сама по себе, но только в ходе анализа целостной функциональной структуры всего организма».



Как действуют механизмы двух фаз сна
Медленный сон
В фазе медленного сна нейроны, расположенные в передней части гипоталамуса, начинают активно выделять нейромедиаторы ГАМК (гамма-аминомасляная кислота). ГАМК вместе с пептидом галанином тормозят работу ретикулярной формации мозга, которая в свою очередь тормозит работу коры головного мозга. Кора мозга работает как бы автономно, не общаясь со многими отделами мозга, в отличие от работы в состоянии бодрствования.

Быстрый парадоксальный сон
В фазе быстрого парадоксального сна нейроны из средней части гипоталамуса выделяют пептиды -- орексины. Орексины активируют ретикулярную формацию, и находящиеся в ней нейроны начинают выбрасывать нейромедиаторы -- ацетилхолины. Ацетилхолины активируют некоторые участки коры мозга, в результате чего появляются сновидения. В то же время нейроны спинного мозга выделяют пептид глицин, который отключает мышечную систему. Если бы этого не происходило, мы бы делали те движения, которые нам снятся.