Сон нам нужен больше, чем еда: без пищи можно продержаться и месяц, а без сна человек умирает через несколько дней. Однако ученые до сих пор не могут ответить на главный вопрос: зачем нам нужен сон. О загадках этого вроде бы простого, но на деле непонятного процесса «Деталям мира» рассказали специалисты в науке сна — сомнологи.
ПОЧЕМУ МЫ СП?М
Казалось бы, ответить на этот вопрос очень просто: за день мы устаем и ночью должны отдыхать. Во время сна человек не двигается и не реагирует на внешние раздражители (если они не слишком сильны). Но отдыхает далеко не весь организм — внутренние органы работают. А когда ученые стали записывать электрическую активность мозга во сне, выяснилось, что и мозг работает, и порой очень активно. Только по-другому. О работе мозга говорят и наши сновидения, иногда сложные и причудливые.
Древние люди, причем во всех цивилизациях, считали сон пограничным состоянием между жизнью и смертью. Они думали, что во время сна душа выходит из тела и путешествует в других мирах (поэтому спящего нельзя будить, иначе душа не успеет к нему вернуться). А когда человек просыпается и рассказывает о сновидениях, это считалось воспоминанием о путешествиях души.
Спим не только мы, но и все теплокровные животные — млекопитающие и птицы. Что касается холоднокровных — рептилий и амфибий, а также насекомых и других беспозвоночных, то тут взгляды ученых расходятся. Конечно, и у крокодилов, и у мух активное состояние сменяется покоем, но можно ли считать его сном?
Доктор биологических наук Владимир Ковальзон, руководитель Российского общества сомнологов, в беседе с корреспондентом «Деталей мира» ответил на этот вопрос отрицательно. По его мнению, истинным сном обладают только звери и птицы. Хотя эволюционно их сон, сложноорганизованный, состоящий из нескольких стадий, возник, конечно, из монотонного состояния покоя холоднокровных.
То, что сон жизненно необходим, впервые стало ясно в конце XIX века из опытов российской исследовательницы Марии Манасеиной. Она работала со щенками и в течение нескольких суток не давала им спать (впрочем, очень нежным способом — она их постоянно ласкала). Через четыре-пять дней щенки умирали. Без сна организм может прожить намного меньше, чем без еды, и меньше, чем без воды. Значит, во время сна происходят какие-то очень важные процессы.
СОН, НЕПОХОЖ?Й НА СОН
В 1953 году Натаниэль Клейтман и Юджин Азеринский впервые записали электрическую активность мозга человека во время сна без перерывов в течение всей ночи — полисомнограмму. ? выяснили, что сон — вовсе не однородный процесс, потому что мозг ведет себя по-разному. На фоне медленных высокоамплитудных волн (дельта-волн), которые генерирует спящий мозг, периодически появляется высокочастотная и низкоамплитудная ритмика.
Французский исследователь Мишель Жуве описал это как две фазы сна: медленный сон и быстрый (или парадоксальный)сон. Его парадоксальность состоит в том, что в это время полностью расслабляются мышцы тела, но электрическая активность мозга очень похожа на бодрствование. К тому же в этой фазе наблюдаются быстрые движения глазных яблок, поэтому ее еще называют БДГ-сном (БДГ — быстрые движения глаз), или REM (rapid eye movement) сном.
«Парадоксальный сон — это не сон и не бодрствование, а совершенно особое, третье состояние организма», — говорит Владимир Ковальзон. А по выражению Мишеля Жуве, это «активное бодрствование, направленное внутрь».
Когда нейрофизиологи из лаборатории Мишеля Жуве впервые увидели на электроэнцефалограмме спящей кошки быстрые низкоамплитудные колебания, а произошло это в 1959 году, они решили, что кошка «притворяется спящей». Но кошка спала. А научный мир постепенно признал этот необычный сон и стал его активно исследовать. «На эту тему выдвинута масса гипотез, но их либо невозможно проверить экспериментально, либо они такой проверки не выдерживают, — сообщает Владимир Ковальзон. — ? вот каждый из нас каждые сутки полтора часа проводит в состоянии, функция которого остается совершенно загадочной!»
Медленный сон состоит из нескольких стадий. По мере того как мы засыпаем, мы переходим от дремоты к все более глубокому медленному сну, и только на фоне четвертой, самой глубокой, стадии возникает эпизод быстрого сна. Такой цикл — от поверхностного до быстрого сна — у человека занимает примерно полтора часа. За ночь мы проходим через четыре-шесть таких циклов. У младенца сон занимает очень много времени, причем половина его представлена быстрым сном. Постепенно сна становится все меньше, а в нем все меньше быстрого сна. У взрослого человека он занимает около 20% ночного сна.
Единственные млекопитающие, у которых ученые до сих пор не обнаружили быстрого сна, — дельфины.
ЧТО ЗА К?НО МЫ СМОТР?М ПО НОЧАМ
?менно во время быстрого сна нас посещают сновидения — зрительные образы, иногда очень похожие на явь, иногда — причудливые и фантастические. Если человек утверждает, что не видит снов, — не верьте, он их просто не запоминает. Доказано, что сны снятся всем. Утверждение, что одни люди видят черно-белые сны, а другие цветные, — тоже миф. Обычно о цветных снах рассказывают дети и эмоционально чувствительные взрослые, а остальные просто не концентрируются на цветах.
Естественно, в сновидениях находят отражение наши мысли, чувства, эмоции, а также состояние организма — например, они могут свидетельствовать о боли, которая в бодрствовании не ощущается. Толкователи снов пытаются связать их с будущими событиями, считая, что сон — это зашифрованное сообщение. Но не будем вторгаться в область паранаучного.
?з теорий сновидений наиболее известны теория Фрейда и теория Юнга. ?х объединяет то, что они считали сновидения проявлением бессознательного, которое во сне выходит из-под контроля сознания. Зигмунд Фрейд считал, что назначение сновидений — осуществление скрытых желаний, которые в бодрствовании подавляются нашим рассудком. Чаще всего это сексуальные желания. Его метод толкования сновидений основан на поиске ассоциаций. Карл Густав Юнг не связывал сновидения с нашим либидо, но рассматривал его как прямое выражение нашей бессознательной части личности.
Первооткрыватель парадоксального сна Мишель Жуве считал сновидения подтверждением того, что в это время в мозге идут интенсивные психические процессы. ? в наше время появляются доказательства важной роли сновидений.
СОН ? ПАМЯТЬ – М?Ф и ПРАВДА
?дея обучения во сне овладела умами несколько десятилетий назад. Очень соблазнительной казалась мысль: спать и одновременно усваивать новую информацию, которую тебе начитывает магнитофон. Но это «обучение для ленивых» так и не получило экспериментального подтверждения. Зато в том, что сон помогает усвоить выученное, многие убеждаются на себе. Перед экзаменом после зубрежки обязательно нужно поспать. Даже ученые признают: с новыми знаниями надо «переспать», чтобы они отложились в мозгу.
В 80-90-е годы стала очень популярной гипотеза, что парадоксальный сон непосредственно связан с памятью. Согласно этой очень красивой гипотезе, в парадоксальном сне происходит переработка информации, перевод памяти из кратковременной в долговременную форму. Поэтому и мозг так активно работает. В лабораториях мира прошло множество экспериментов на животных, которые вроде бы подтверждали: лишение парадоксального сна ухудшает запоминание информации. Но не все эти эксперименты были корректно поставлены, и результаты не всегда оказывались однозначными.
Со временем ученые охладели к быстрому сну и стали придавать большее значение в переработке информации медленному сну. Сегодня специалисты очень осторожно говорят про связь сна и памяти. «Эта гипотеза не отброшена, но скепсис остается, — сказал «Деталям мира» Владимир Ковальзон. — В большинстве случаев если связь есть, она довольно слабая».
Противники гипотезы о важной роли в памяти быстрого сна, по словам Владимира Ковальзона, приводят такие аргументы. В мире миллионы людей принимают антидепрессанты, которые подавляют эту фазу сна. ?звестны уже десятки людей, у которых быстрый сон исчез совсем. Но на память они не жалуются. Есть известный больной, получивший осколочное ранение в область ядра моста (отдел мозга. — ДМ), из-за чего полностью лишился быстрого сна. Но это не помешало ему окончить высшие юридические курсы, а в качестве подработки редактировать отдел кроссвордов в еженедельнике. Ясно, что с памятью у него было все в порядке.
«Если сон и участвует в процессах памяти, то это не главное, — объясняет «Деталям мира» руководитель лаборатории нейробиологии сна ?нститута высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН Владимир Дорохов. — В наших экспериментах испытуемые заучивали пары слов, чтобы по одному ассоциативно вспомнить второе. Одной группе давали спать после обучения, другой — нет. Выяснилось, что сон улучшает воспроизведение только тех слов, которые были заучены с одного раза. Мы проводили эксперименты и на крысах, которых лишали сна с помощью оригинального метода: их катали на карусели, и если крыса засыпала, она падала в воду. Результат показал: лишение сна ухудшало обучение, но ненамного — на грани достоверности».
«Есть гипотеза, что во время сна мозг избавляется от ненужной информации, отсекая все лишнее и оставляя то, что действительно важно, — продолжает Владимир Дорохов. — Кроме того, скорее всего, сон влияет на творчество».
Сон и память — эксперименты на животных
Вот пример одного из последних исследований, проведенного в Национальном центре научных исследований (CNRS) в Париже. Его авторы обучали крыс навигации в лабиринте с тремя рукавами и обнаружили, что сон после обучения влияет на запоминание. Во время сна в гиппокампе (отдел мозга, связанный с памятью) наблюдались характерные комплексы острых волн. ? если заблокировать эти волны, крысы после сна хуже ориентировались в лабиринте, делали больше ошибок. Ученые пришли к выводу, что у крыс с заблокированными комплексами острых волн страдает долговременная память.
В другом исследовании французские и голландские ученые увидели, что во время сна мозг повторяет пережитое и происходит активный обмен информацией между корой и гиппокампом. У крыс, которых обучали находить в лабиринте сладкое молоко, во время сна нейроны словно «повторяли урок» — они испускали такие же пачки импульсов, что и при обучении. Причем сначала так разряжались нейроны гиппокампа, а сразу за ними — нейроны коры. ?з этого опыта биологи также сделали вывод, что во сне активно формируется долговременная память.
Сон и память — эксперименты на людях
Рассказывает Владимир Ковальзон: «В первом эксперименте двум группам испытуемых предлагали запоминать последовательности не связанных между собой слов. Одна группа после обучения нормально спала, а другой не давали спать в течение полутора суток. Затем обе группы тестировали на запоминание. Оказалось, что лишенные сна испытуемые запомнили на 40% меньше слов, чем участники контрольной группы.
В другом эксперименте участников обучали игре на фортепиано. Одних утром обучали, а вечером тестировали, других — наоборот. Результат: при вечерней проверке испытуемые не улучшали навыки игры, а вот те, которых проверяли утром, после ночного сна, играли значительно лучше, чем накануне. В аналогичном опыте с обучением набору текстов на клавиатуре получен тот же самый результат. ?з этого можно было заключить, что сон облегчает приобретение нового навыка».
СОН - ПОДГОТОВКА К БОДРСТВОВАН?Ю
Но если сон нужен нам не для памяти, тогда для чего? Есть мнение, что во время сна происходят важные этапы обмена веществ. «Получены данные, что во время медленного сна у мышей в коре мозга и гипоталамусе работают гены, кодирующие белки, вовлеченные в синтез макромолекул — различных ферментов и других белков, — рассказывает Владимир Ковальзон. — Похоже, что во время сна мозг подготавливается к работе в будущем бодрствовании: идет сборка молекул для последующей передачи информации. Возможно, в это время происходят биохимические реакции, требующие большого количества времени».
МОЗГ ЗАСЫПАЕТ ПО ЧАСТЯМ
В последнее время ученым стало ясно, что мозг погружается в сон не всеми структурами и не всеми клетками одновременно. Регистрируя электрическую активность отдельных нейронов, исследователи описали особый режим импульсов «пачка разрядов — пауза», который характерен для «сонных» нейронов. В таком режиме все больше нейронов перестают работать индивидуально и начинают петь в общем «сонном хоре».
«Чем больше давление сна (чем дольше животное не спит), тем больше нейронов начинают работать в режиме сна, это значит, что все больше отделов головного мозга уходит в сон. Получается, что спать могут какие-то участки мозга отдельно от других, — рассказывает на публичной лекции научный сотрудник ?нститута высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН Елизавета Руцкова. — Другие же части мозга продолжают бодрствовать. Причем раньше всего засыпают ассоциативные зоны мозга, отвечающие за высшую переработку информации».
«Человеку кажется, что он бодрый, а какие-то зоны мозга у него спят, — продолжает Владимир Ковальзон. — В таком состоянии человек может ехать на лошади, но не за рулем. Это одна из самых частых причин дорожных аварий».
«В таком состоянии человек еще может решать простые задачи, но сложные — которые требуют вовлечения многих областей мозга — уже нет, —объясняет «Деталям мира» ?ван Пигарев. — Операторы могут формально не засыпать, но уже не в состоянии проводить анализ сложных ситуаций». По его образному сравнению, человек, постепенно засыпая высшими зонами своего мозга, превращается по интеллекту в обезьяну, затем в кошку, в крысу и так далее.
СОН КООРД?Н?РУЕТ РАБОТУ ВСЕХ С?СТЕМ ОРГАН?ЗМА
О новом подходе к изучению сна корреспонденту «Деталей мира» рассказал доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ?нститута проблем передачи информации (?ПП?) РАН ?ван Пигарев: «Во время бодрствования по сигналам от рецепторов органов чувств мозг обеспечивает наше поведение. Во время сна каналы от органов чувств заблокированы. Долгое время считали, что кора мозга в этот момент отдыхает. Однако регистрация электрической активности нейронов показала, что они вовсе не отдыхают, а переходят на другой режим работы. Но что отражает эта активность, оставалось загадкой.
Еще в 90-е годы было доказано, что крысы, лишенные сна, умирают через несколько суток. Мозг погибших крыс проанализировали и не нашли в нем никаких патологических изменений. Но кожа животных, лишенных сна, покрывалась язвами, они теряли в весе, у них нарушалась работа системы пищеварения, выходила из строя иммунная система. Все указывало на то, что сон нужен прежде всего не мозгу, а остальному организму.
Вот мы и предположили, что во время сна, в то время как сигналы от внешнего мира отключаются, к нейронам коры мозга поступает информация от внутренних органов. Активность нейронов коры во время сна обеспечивает координацию всех систем организма: сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и др. А лишение сна приводит к краху скоординированной работы этих систем».
Теория получила подтверждение в экспериментах. ?ван Пигарев и его коллеги обнаружили, что нейроны зрительной коры мозга, которые во время сна переставали получать информацию от сетчатки глаза, начинали реагировать на сигналы, приходящие из органов желудочно-кишечного тракта. А в тот момент, когда животное просыпалось, эти же нейроны возвращались к зрительной функции. Позднее было показано, что нейроны других зон коры мозга во время сна переключаются на обработку сигналов от сердечно-сосудистой системы. Результаты, подтверждающие висцеральную теорию сна, надежно воспроизводились в многочисленных экспериментах на кошках, кроликах и обезьянах.
СНОВ?ДЕН?Я ОТРАЖАЮТ ПЕРЕРАБОТКУ ?НФОРМАЦ??
Гарвардские медики предлагали студентам-испытуемым задачу: найти выход в компьютерном лабиринте четырех уровней сложности. После освоения лабиринта одних студентов заняли просмотром видео, а других уложили спать. Через пять часов испытуемым снова предложили побродить по лабиринту. Оказалось, что студенты, которым в перерыве дали поспать, стали проходить лабиринт быстрее, чем те, кто не спал. Но еще большая разница обнаружилась, когда испытуемых попросили рассказать, что занимало их мысли во время бодрствования и сна.
В отчете о своих сновидениях 4 из 50 испытуемых рассказали, что им снилось что-то, ассоциативно связанное с лабиринтом. Один из них во сне пытался решить задачу, а трое попадали в некое похожее на лабиринт помещение. ?нтересно, что именно эти четверо сильнее всего улучшили время решения задачи. Показатели спящих, но не видевших во сне лабиринт студентов улучшились скромнее.
Ученые отмечают и то, что эти четверо медленнее остальных решали задачу при первом предъявлении. Очевидно, она оказалась для них труднее, чем для прочих. Вероятно, именно по этой причине их сновидения были ассоциативно связаны с лабиринтом. Авторы эксперимента считают, что они показали: во сне происходит активация мозга, направленная на запоминание предшествующей информации. А показателями активации служат связанные с этой информацией сновидения. В результате мозг обучается решать изначально сложную для него задачу.
ПАРАДОКСАЛЬНЫЙ СОН КАК ЗАЩ?ТА ОТ СТРЕССА
Еще в советское время нейрофизиологи Вадим Ротенберг и Виктор Аршавский выдвинули гипотезу, связывающую парадоксальный сон и поисковую активность (направленную на изменение стрессовой, неблагоприятной ситуации). По этой гипотезе парадоксальный сон обеспечивает механизм психологической защиты. Чаще всего при стрессе доля парадоксального сна у человека увеличивается, становится больше сновидений. Если наяву человек, подавленный стрессом, отказывается от поиска выхода, это грозит серьезными осложнениями. Но парадоксальный сон компенсирует ситуацию: мозг во сне словно пытается найти решение задачи.
По материалам "Детали мира"
|
|
