ГЛАВА 27. Что нам снится: нейробиология сна
ГЛАВА 27. Что нам снится: нейробиология сна
Никто не знает точно, почему сон важен. Спят почти все животные, даже насекомые, ракообразные и моллюски, а отсутствие возможности поспать может стать фатальным. В основе большинства теорий сна лежит предположение, что сон необходим мозгу. По мере развития и эволюции мозг животных становился все сложнее — усложнялся и сон: от одной стадии до нескольких этапов.
У многих животных во сне падает активность сердца, мышц и мозга, что не мешает им проснуться, если их достаточно сильно толкнуть. Большинство животных спит ночью, что имеет смысл, поскольку в темноте сложно видеть (и быть увиденным). Сон позволяет сохранить энергию и сочетать свою активность с периодами тепла и света.
Каковы бы ни были функции сна, у животных, полностью отказавшихся от него, появляются встречные преимущества. Среди ограниченного количества животных, которые никогда не спят, большинство — это рыбы, которым необходимо все время плавать, чтобы оставаться живыми. Например, полосатый тунец или некоторые виды акул, которые получают достаточное количество кислорода только при условии, что вода проходит сквозь их жабры на достаточно большой скорости. С похожей проблемой сталкиваются дельфины, которым необходимо часто подниматься на поверхность, чтобы сделать глоток воздуха. Они справляются с этой проблемой, научившись спать с бодрствующей одной половиной мозга. Среди других неспящих животных можно назвать обитающих в пещерах рыб и несколько видов практически неподвижных лягушек, про которых разумно было бы задать встречный вопрос: просыпаются ли они вообще?
У низших позвоночных сон состоит из продолжительного ритма низкой активности мозга. У рептилии запись электроэнцефалограммы во время сна показывает определенный ритм спайков — это позволяет предположить, что некоторые нейроны продолжают активную синхронную деятельность. Эти невысокие спайки напоминают медленный сон — самую глубокую стадию сна у человека.
Когда в ходе эволюции появились птицы и млекопитающие, возник новый тип сна — быстрый. В то же время медленный сон начал включать в себя среднюю стадию в дополнение к первой. Фаза сна с быстрыми движениями глаз (быстрый сон) определяется движением глаз (что вы можете заметить, если понаблюдаете за спящим человеком) и электрическими импульсами, отражающими активность коры мозга. Эта активность своими импульсами напоминает активность бодрствования, что и дало этой фазе сна свое второе название — фаза парадоксального сна, поскольку активность мозга во время быстрого сна не совсем соответствует нашему пониманию «сонной активности».
Именно во время быстрого сна у людей и у млекопитающих происходят практически все, и особенно самые яркие сновидения. Спящие собаки, кошки и лошади издают звуки и делают беспокойные движения. Сны не дают мозгу генерировать активные движения, поскольку команды коры блокируются тормозящим центром в стволе мозга, активном во время сна. Подавление со стороны коры не дает нам действовать вне наших снов и, возможно, ответственно за то состояние паралича, который часто упоминается при описании сновидений, особенно — кошмаров. Специалисты полагают, что ее неправильное функционирование отвечает за лунатизм и может быть причиной ночного энуреза у детей. Подавляющий центр можно удалить хирургически — после такой операции кошки выгибают спины дугой и вступают в симулированную драку во время стадии быстрого сна, что дает основания предполагать, что они часто видят схватки во сне.
Предположение о биологической функции фазы быстрого сна и сновидений является предметом самых горячих споров. Одной из функций сна может быть «закрепление» воспоминаний. Хранящиеся в долговременной памяти воспоминания подвергаются определенному процессу трансформации в течение нескольких недель или месяцев, поскольку наши воспоминания фактов, событий и опыта постепенно перемещаются из первоначального места хранения в гиппокампе в кору. В то же время воспоминания о специфических эпизодах объединяются в более общее знание, известное как семантическая память, в которой хранятся факты, которые люди знают, но не осознают откуда.
События дня практически никогда не становятся сюжетом сна в ту же ночь — они попадают в сон через несколько дней или еще позже. Вероятно, сон помогает нам их обрабатывать. После прерванного сна некоторые воспоминания бывает сложнее закрепить. Переломным моментом сна для закрепления воспоминаний считали то фазу медленного, то фазу быстрого сна. Лишение любой стадии ведет к оказанию определенного влияния на обобщение воспоминаний, хотя большинство данных (и исследований) сконцентрировано на стадии быстрого сна.
Одной из причин сложности изучения связи сна с па мятью являлось повреждение мозга и тела, к которому приводит отсутствие сна. Нехватка сна вызывает стрессовую реакцию, при которой выделяется гормон Требуется около четырех недель лишения сна, чтобы убить крысу, и около двух недель — дрозофилу. Человек мог оставаться без сна одиннадцать дней. Этот подвиг, запечатленный в Книге рекордов Гиннесса, скорее всего, останется непобитым, поскольку издатели книги закрыли эту категорию из-за риска для здоровья. Через несколько дней лишения сна люди начинают галлюцинировать. В такой — момент выделяются гормоны, например кортизон, которые и нарушают процесс научения. Отсутствие возможности спать негативно влияет на память, что не может быть объяснено только стрессом, поскольку она блокирует обобщение воспоминаний у животных и после того как у них были удалены надпочечники для предотвращения вырабатывания гормонов стресса.
Почему сон важен для обобщения воспоминании. Возможно потому, что изменения в силе связей между нейронами (синаптическая пластичность) происходят под влиянием нейронной активности как во время бодрствования животного, так и во время сна. Если нейронная активность запомненного эпизода воспроизводится заново во время сна, это может облегчить обобщение для памяти. На самом деле некоторые паттерны активности нейронов во время бодрствования проигрываются еще раз во время сна при невероятно точном временном соответствии - до тысячных долей секунды.
Знаете ли вы? Проснись, малышка Сьюзи: нарколепсия и модафинил
Человек, страдающий нарколепсией, может засыпать в любое время дня. Это может происходить не только в состоянии покоя, но и в разгар активной деятельности. Это нарушение было изучено на примере стаи нарколептических собак, живших в Стэндфордском университете. Игра с одной из таких собак протекала абсолютно нормально, пока животное не устало, после чего сразу свалилось, заснув. Как у людей, так и у животных, болеющих нарколепсией, не хватает определенного типа нейромедиаторов — пептида орексина. Орексин воздействует на рецепторы гипоталамуса — центр регулирования сна, агрессии, сексуального поведения и других базовых видов деятельности.
В лечении нарколепсии пока не применяются преимущества открытия орексина. Большинство видов лечения стимулируют нервную систему, воздействуя на моноамины — крупную категорию медиаторов, включающих в себя серотонин, дофамин и норадреналин. Для этой цели используются антидепрессанты и возбуждающие средства — например, амфетамин и метамфетамин. Среди связанных с этими препаратами проблем можно отметить головокружение и, в случае с амфетамином и метамфетамином, опасность привыкания. Амфетамин в небольших дозах может способствовать бодрствованию, тогда как в большем количестве ведет к моторной активации, что дает возможность потенциально отделить положительное воздействие от побочных эффектов. Популярным средством борьбы с нарколепсией, не оказывающим побочных эффектов, стал модафинил (продается в Америке, Великобритании и других странах как провигил). Модафинил и амфетамин усиливают состояние бодрствования как-у здоровых людей, так и у нарколептиков, хотя никак не влияют на мышей, поскольку у них отсутствует молекула, выносящая дофамин из синаптического пространства. Эти данные показывают, что состояние бодрствования тесно связано с мозговой дофаминной сигнальной системой. Модафинил применяют и для того, чтобы усилить бодрое состояние и снизить риск во время продолжительных рабочих смен. В исследовании, проведенном силами американских ВВС, модафинил был почти так же эффективен, как и декседрин (амфетамин), при повышении отдачи работников во время сорокачасовых смен. У пилотов наблюдалось усиленное внимание, уверенность и отличное выполнение симулированных маневров самолетов. Если к модафинилу действительно не возникает привыкания, то он, скорее всего, станет очень популярным как у нарколептиков, так и у людей, вынужденных подолгу работать.
Одним из видов активности, требующей точной последовательности возбуждения нейронов, является произнесение звуков. Во время пения специфический набор нейронов в мозге птицы возбуждается в порядке, который близко связан с последовательностью звуков в песне. Эти нейроны отвечают за генерирование отточенных изменений в напряжении мышц, контролирующих орган произнесения звуков птицы и создающих таким образом каждый раз одну и ту же песню. Ученые, наблюдавшие за этими нейронами, выяснили, что те же самые паттерны генерировались и во время сна птицы. В каком-то смысле это означает, что птицам снится пение песен.
Знаете ли вы? Почему зевота заразна?
Хотя мы ассоциируем зевоту с сонливостью и скукой, ее цель как раз разбудить нас. Зевок вызывает сильное раскрытие глотки и гортани, позволяя большому количеству воздуха попасть в легкие; таким образом кислород попадает в кровь, усиливая состояние бодрствования. Зевота встречается у самых разнообразных позвоночных, включая всех млекопитающих и даже, возможно, птиц. Она бывает даже у зародыша после двенадцати недель беременности. У приматов зевки связаны с напряженной ситуацией и потенциальной угрозой. Зевоту можно рассматривать как попытку вашего тела достигнуть самого высокого уровня бдительности в требующих этого ситуациях.
Зевота заразна — с этим сталкивался любой, кто пытался научить чему-то класс скучающих школьников. Причина этого неизвестна, хотя может быть связана с необходимостью передавать от одной конкретной особи к другой сигнал о потребности повышенного внимания. Видеопленка с записанной зевотой также увеличивает частоту зевков у шимпанзе и других обезьян.
Зевотой не заражаются млекопитающие, не относящиеся к приматам. Однако и они способны распознавать зевок: собаки зевают в ответ на стрессовые ситуации и, как считается, тем самым успокаивают других. Вы тоже можете иногда успокаивать свою собаку, зевая.
Способность зевать контролируется стволом мозга. Некоторые больные тетраплегией с опухолью в варолиевом мосту, блокирующей передачу корковых двигательных команд настолько, что они даже не могут открыть рот, все же могут непроизвольно зевать. У этих пациентов единственной областью мозга, способной инициировать зевок, является группа нейронов в среднем мозге, которая передает моторные команды из мозга лицевым мускулам. Некоторые ученые полагают, что зевота может начинаться в этих нейронах. Зевки случаются даже у людей, пребывающих в коме.
Особенно странно, что центр регулирования зевоты находится в таком занятом месте мозга, как ствол, поскольку сигналы могут неожиданно перескочить из одной области а другую. Например, одним побочным эффектом прозака является то, что некоторые женщины во время зевоты могут испытывать прилив крови к клитору и даже оргазм. Эта случайная связь (для небольшого количества счастливиц) сделает скучную ситуацию гораздо более привлекательной. Часто бывает достаточно увидеть, услышать или даже просто подумать про зевоту, как у нас начинается тот же самый процесс. Возможно, вы пытаетесь подавить зевок, читая эти строки, как делали и мы в процессе их написания. (Мы не примем этого близко к сердцу.) Вид зевоты вызывает активность в корковых областях, которые активизируются и другими зрительными стимулами, а также высказываниями других людей. Хотя мы постарались кратко описать, почему зевота может быть заразной (преимущество передачи сигнала о необходимости быть бдительным), мы все же не знаем, что именно происходит в мозге для того, чтобы воспринять это послание.
Медленная фаза сна может также включать в себя проигрывание опыта, полученного при бодрствовании. Когда крыса бежит по лабиринту, так называемые пространственные клетки в ее гиппокампе активизируются в порядке, соответствующем последовательности мест, через которые она пробежала Когда крыса спит, те же пространственные клетки снова активизируются в том же порядке. Это «проигрывание» происходит во время фазы медленного сна, когда люди очень редко видят сновидения. Эти моменты длятся обычно около двух секунд, очевидно, крысы повторяют определенные моменты в лабиринте, а не весь опыт.
Специфика синаптической пластичности обусловлена расположением синапсов в разных областях мозга и фазами сна. Так, в гиппокампе, где, как полагают, формируются первоначальные пространственные и эпизодические воспоминания, для изменений в синаптической силе требуется тета-ритм — паттерн около восьми нейронных импульсов в секунду, который появляется только у бодрствующих животных во время исследовательского поведения, например ходьбы, и во время фазы быстрого сна. Поэтому ученые ассоциируют обобщение воспоминаний с фазой быстрого сна.
Мысль о том, что сон важен для дальнейшего обобщения и перераспределения воспоминаний, представляет собой альтернативу теории Фрейда, согласно которой сновидения отражают наши неосознанные желания. Эта часть теории психоанализа не доказана экспериментально, но истоки ее в том, что сновидения часто обобщают беспокойства, испытанные человеком днем, которые смешиваются с кажущимися случайными или бессмысленными событиями.
Определенный ход мыслей и наличие сюжета сна предполагают, что у нашей коры есть способность создавать связную историю из того, что у нее имеется, хотя она может просто отражать действия «интерпретатора» (см. главу 1). Таким образом, в сновидениях могут увязываться разные факты, «валяющиеся» у вас в голове.
Когда мы говорим о наших сновидениях, мы концентрируемся на том, что имело смысл: пробуждение в классе обнаженным, плавание на корабле, перекатывание большого валуна. Но что, если случайные образы наших снов необходимые элементы? Что, если случайный отбор содержимого мозга во время сна — это средство перемещения наших воспоминаний в постоянное место? Повторная выборка может служить даже для того, чтобы скорректировать неверные воспоминания, которые нужно удалить. Странные сновидения могут быть ценой или, возможно, непреднамеренным бонусом механизма, с помощью которого наш мозг запоминает жизненные события.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.