В 1924 году немецкий психиатр Ганс Бергер впервые получил запись ЭЭГ человека с помощью специального прибора — энцефалографа. Благодаря его изобретению спустя некоторое время ученые подтвердили существование быстрой фазы сна, сделав одно из важнейших открытий XX века. С тех пор в распоряжении сомнологов появились и другие инструменты, от фМРТ до оптогенетики, и за минувший век ученые немало узнали о том, что происходит с нами во сне и зачем он нужен. Тем не менее, на многие вопросы мы все еще не можем дать уверенный ответ: например, чем все-таки занят во время сна мозг и почему человек видит сны? В книге «Маятник сна» (издательство «Минск: Дискурс») доктор биологических наук Владимир Ковальзон рассказывает, что мы знаем о ночном отдыхе у животных и человека, как это помогает нам приблизиться к ответам на фундаментальные вопросы об устройстве сна и благодаря кому мы сегодня знаем про сон больше, чем в начале прошлого века. Оргкомитет премии «Просветитель» включил эту книгу в «длинный список» из 25 книг, среди которых будут выбраны финалисты и лауреаты премии. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным обнаружению и исследованию фазы быстрого сна.
К середине XX века многим ученым казалось, что механизмы сна в основном уже разгаданы. О цикличности ночного сна они не догадывались, так как с целью экономии бумаги регистрация электроэнцефалограммы во время сна проводилась либо недолго в самом начале ночи, либо урывками несколько раз за ночь, каждый раз на протяжении нескольких минут. Да и перспектива бодрствовать всю ночь, регистрируя сон испытуемого или пациента, мало кого привлекала. Однако во второй половине столетия было совершено еще одно великое открытие в области сомнологии: была обнаружена (и в последующем интерпретирована как отдельное функциональное состояние) фаза быстрого, или парадоксального, сна.
Как говорит наш коллега профессор Иван Пигарев (погиб в июле 2021 года — прим. N + 1): «Не столь уж важно, кто совершил то или иное открытие первым; гораздо важнее, кто совершил его последним!» Можно привести в качестве примера открытие Американского континента, которое, как теперь хорошо известно, происходило неоднократно и до, и после Колумба на протяжении веков. Последним в ряду «первооткрывателей» был Америго Веспуччи — в честь него эта часть света и названа…
Эта аналогия относится и к истории открытия быстрого сна. Подобное состояние открывали неоднократно и у животных, и у людей. До наших дней дошло несколько имен таких донаучных «первооткрывателей», интуитивно догадавшихся, что внутри сна есть особые периоды активации, которые у домашних животных сопровождаются выраженными мышечными подергиваниями, а у людей — переживанием ярких, эмоционально окрашенных сновидений. Кроме уже упоминавшихся древнеиндийских мудрецов, это римский поэт Лукреций (I век до н. э.), французский врач Жан Фернель (1554), итальянский натурфилософ Феличе Фонтана (1765) и др. Однако их разрозненные наблюдения оставались вне поля зрения широкой массы натурфилософов, врачей и вообще европейской читающей публики. Последние явно или неявно находились под влиянием аристотелевских представлений о сне как о маргинальном и пассивном состоянии.
Особую роль в открытии быстрого сна в ХХ веке сыграли советские исследователи М. П. Денисова и Н. Л. Фигурин, которые в 1926 году в статье «Периодические явления во сне у детей», опубликованной во втором сборнике «Новое в рефлексологии и физиологии нервной системы», впервые описали возникновение эпизодов движений глазных яблок каждые 50 минут, сопровождающихся учащением дыхания и сниженной общей двигательной активностью, у детей в возрасте от двух месяцев до двух лет. Я уже упоминал, что именно эта работа очень заинтересовала профессора физиологии Чикагского университета Натаниэля Клейтмана, родным языком которого был русский. Клейтман упомянул ее в своей энциклопедической монографии «Сон и бодрствование» (1939), а через много лет, в начале 1950-х годов, уже после появления первых электроэнцефалографов, поручил своему аспиранту Юджину Азеринскому1 (рис. 22) проверить эти данные.
Азеринский вначале пытался зарегистрировать движения глаз у собственного сына с помощью кинокамеры, но ее стрекотание мешало мальчику спать. Тогда он разработал новый метод для регистрации движений глаз — электроокулографию (ЭОГ), и с его помощью исследовал ночной сон у детей и взрослых. Создание этого метода позволило Азеринскому и Клейтману отделить быстрые движения глаз от медленных, присущих засыпанию2.
В основе их исследования лежала гипотеза Клейтмана о том, что движения глаз помогут отличить поверхностный сон от глубокого. В рамках сформулированной гипотезы Азеринский и Клейтман интерпретировали полученные результаты в своей знаменитой статье, вышедшей в свет в журнале Science в 1953 году (рис. 23).
Однако это еще не было открытием нового состояния — лишь обнаружением периодически возникающих у некоторых испытуемых (не было даже ясно, у всех ли!) вспышек необычных движений глаз во время ночного сна. Открытие быстрого сна (REM sleep) как такового произошло через несколько лет и связано с именем другого аспиранта Клейтмана — Уильяма Демента (рис. 24). Именно он впервые произвел регистрацию электроэнцефалограммы сна у 33 человек непрерывно в течение всей ночи. На основании более сотни таких регистраций Демент и Клейтман показали, что после засыпания электроэнцефалографические признаки постепенно изменяются в сторону глубокого сна, но примерно через час-полтора возникает первый эпизод сна с быстрыми движениями глаз. После этого такой цикл сна повторяется несколько раз в течение ночи, и длятся эти циклы в среднем 90–100 минут. Продолжительность таких эпизодов и интенсивность быстрых движений глаз нарастают от вечера к утру.
Таким образом, в этих ранних работах Демента и Клейтмана были уже описаны все основные характеристики ночного сна человека. За последующие полвека бурного развития сомнологии удалось убедительно показать, что эти закономерности присущи абсолютно всем людям на Земле без единого исключения — независимо от возраста, пола, расы, индивидуальных физиологических и психологических характеристик. По признаку наличия движений глаз Клейтман, Азеринский и Демент расценили описанное ими состояние как поверхностный сон и назвали его stage-1-REM, то есть стадия дремоты с быстрыми движениями глаз.
Азеринский, Демент и Клейтман также были первыми, кто связал сон с быстрыми движениями глаз и сновидения. На эту мысль их натолкнула нерегулярная частота дыхания и сердечного ритма, которую они наблюдали в этом состоянии. Для проверки своего предположения они будили испытуемых и расспрашивали, видели ли те сны. Оказалось, что если человека разбудить в состоянии сна с быстрыми движениями глаз, то он обычно описывал красочные, эмоционально насыщенные сюжетные истории. А при пробуждениях от сна без быстрых движений глаз такие отчеты были редкостью. Иногда испытуемые рассказывали о неярких, неэмоциональных видениях.
По-видимому, первым, кто адекватно описал быстрый сон у подопытных животных, был Рудольф Клауэ, аспирант известного немецкого нейрофизиолога Алоиса Корнмюллера. Еще перед Второй мировой войной, в 1937 году, он опубликовал на немецком языке статью, в которой привел результаты исследований электрической активности головного мозга и мышц шеи в ходе естественного сна у подопытных кошек, полученные с помощью воткнутых в скальп игольчатых электродов. Клауэ описал две стадии сна, названные им «стадия 1» и «стадия 2». Стадия 1, или легкий сон, сопровождается медленными волнами в ЭЭГ и снижением мышечного тонуса. Стадия 2, или глубокий сон, сочетается с уплощенной ЭЭГ, исчезновением мышечного тонуса и подергиванием конечностей.
Ничего не зная о работе Клауэ, советский нейрофизиолог Л. Р. Цкипуридзе (к сожалению, безвременно умерший), ученик академика Ивана Бериташвили, главы грузинской физиологической школы, опубликовал в 1950 году статью, в которой описал ЭЭГ во время естественного сна у ненаркотизированных подопытных кошек. Он наблюдал преобладание высоковольтных медленных волн, которые рассматривал как показатель процессов торможения в коре, во время глубокого сна. Однако, кроме периодов глубокого сна, он описал и эпизоды так называемого беспокойного сна, во время которых рисунок ЭЭГ был совсем другим. «Во время беспокойного сна характер электрической активности [коры головного мозга] в различных отделах коры различается, но иногда в обеих [регистрируемых] областях медленные электрические потенциалы исчезают и вместо них возникают быстрые», — писал он. Фактически Цкипуридзе был одним из первооткрывателей быстрого (парадоксального) сна у лабораторной кошки.
Демент ничего не знал ни об экспериментах Клауэ, ни тем более о работе Цкипуридзе и не владел методикой вживления хронических внутримозговых электродов подопытным животным. Тем не менее он тоже попытался записать ЭЭГ кошки с помощью игольчатых электродов, воткнутых в скальп. Однако записать ЭЭГ у бодрствующей кошки таким методом оказалось невозможно из-за мощной мышечной активности, «маскирующей» более слабую электрическую активность коры мозга. Но когда кошка засыпала, мышечная активность спадала и ЭЭГ становилась хорошо видна. Так Дементу удалось показать, что периоды уплощения ЭЭГ и «дергания» глазных яблок регулярно появляются во сне кошек и сочетаются с подергиваниями лап и вибрисс. Однако Демент не придал достаточного значения полному исчезновению электрической активности скелетных мышц (электромиограммы, ЭМГ) в этом состоянии и не смог правильно оценить пороги пробуждения у испытуемых и подопытных кошек, отчего продолжал считать открытую им стадию «легким», поверхностным сном. Они с Клейтманом также называли эту стадию «эмергентной» (внезапно возникающей) стадией 1, в отличие от «нисходящей» стадии 1, закономерно возникающей в начале сна3.
Известны и некоторые другие авторы, описавшие эпизоды уплощения ЭЭГ во сне кошек, но расценившие их как периоды кратковременного пробуждения. Среди них — американский физиолог А. Дж. Дербишир с соавторами (1936) и, что более удивительно, группа швейцарских исследователей, включавшая сына Нобелевского лауреата Ральфа Гесса-младшего, а также будущего основателя и первого президента Европейского общества по изучению сна Вернера Кёллу (1953).
Последним в ряду «первооткрывателей» быстрого сна был Мишель Жуве (рис. 25), и именно он наконец осознал необычайную важность этого открытия. Он первым понял, что сон с быстрыми движениями глаз не просто одна из стадий обычного (медленноволнового) сна, а отдельное функциональное состояние, и сформировал современное представление о трех принципиально различных состояниях организма: ортодоксальном (обычном) сне, парадоксальном сне и бодрствовании. Парадоксальной Жуве назвал фазу сна с быстрыми движениями глаз потому, что она характеризуется парадоксальным сочетанием высочайшей активности мозга и полного расслабления скелетных мышц, представляя собой, по его мнению, как бы «активное бодрствование, направленное внутрь» (подробнее см. «Вместо послесловия. Мишель Жуве и его время»).
Подробнее читайте:
Ковальзон, В. М.. Маятник сна / Владимир Ковальзон. — Минск : Дискурс, 2021. — 288 с.