Что происходит с нами и мозгом во время сна
Почему мы иногда не можем проснуться без будильника? Действительно ли мы теряем сознание, когда засыпаем? В какой момент нам приходится расплачиваться за недосып? В книге «Сон под микроскопом. Что происходит с нами и мозгом во время сна» (издательство «Бомбора») сомнолог Владислав Вязовский и журналистка Марина Карлин рассказывают, что науке уже хорошо известно о сне и каких открытий стоит ожидать в ближайшем будущем. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным тому, чем обусловлена наша потребность во сне и откуда берется сонливость и усталость.
Представление о том, что сон играет восстанавливающую роль, хорошо согласуется с нашим субъективным опытом. Тем не менее остается вопрос: что именно нужно поправлять или снова настраивать после периода бодрствования и почему для процессов реабилитации, происходящих на уровне отдельных клеток, необходимо общее «отключение» всего мозга?
Предположим, что биологическая функция сна заключается в том, чтобы обеспечивать жизненно важное «профилактическое обслуживание» нейронов в нашем мозге, где миллиарды нейронов связаны с тысячами других нейронов и каждый постоянно обменивается сообщениями со своими синаптическими партнерами. Нетрудно представить, что отдельный нейрон получает возможность взять паузу, чтобы решить накопившиеся «внутренние проблемы», только тогда, когда «замолкает» вся сеть из взаимосвязанных нейронов. Процессы восстановления в клетках мозга в целом похожи на те, что наблюдаются в мышечных клетках после хорошей тренировки. Однако если мышцы могут «отдыхать» во время бодрствования, то «отключить» мозг, при этом пребывая в сознании, невозможно. Наиболее эффективным процесс восстановления будет, если в нем примет участие бóльшая часть нейронов одновременно и в специально отведенное для этого время.
Пример такого процесса за пределами биологии найти нетрудно: метрополитен любого мегаполиса — отличный образец. Днем метро функционирует должным образом потому, что в течение ночи происходит его техническое обслуживание: линии свободны, и их вместе с поездами можно осмотреть и отремонтировать, если нужно, или, по крайней мере, очистить. Сон может обеспечивать аналогичный период перезагрузки для мозга.
Потребность в восстановлении — это только одно из возможных объяснений. Другое, впрочем, необязательно альтернативное — заключается в том, что гомеостаз сна отражает явление или процесс, который обеспечивает определенную специфическую для вида квоту сна, которую каждый индивидуум должен получать каждые 24 часа независимо от его желания. Потребность во сне в этом контексте фиксированная и генетически определенная, даже если сегодняшний день, проведенный в бодрствующем состоянии, не причинил вреда организму и не привел к необходимости срочного ремонта. Иными словами, сон — это данность, необходимость сама по себе! А не что-то приносящее немедленную и непосредственную выгоду спящему организму. В этом сценарии роль гомеостатического процесса заключается в том, чтобы обеспечивать определенное количество сна, получаемого в сутки всеми без исключения, лишь «объем» сна зависит от вида живых организмов.
Биологический смысл генетически обусловленной потребности сна еще предстоит определить, но вопрос, как отслеживается время, проведенное во сне или бодрствовании, требует отдельного внимания сам по себе. Как и почему мы — наш мозг или организм — знаем, что пора проснуться через семь-восемь часов после засыпания? Возвращаясь к метафоре о песочных часах, уточним, что в каждое мгновение по количеству упавшего песка и скорости, с которой он проходит через отверстие, нетрудно определить, когда устройство перевернули. Зная определенные факторы, на которые влияют и сон, и бодрствование, такие, например, как изменение пластичности нейронов, экспрессия генов в мозге и в организме, истощение метаболических субстратов, можно эффективно сосчитать время наступления сна.
К основным поведенческим признакам утомления относятся ухудшение внимания, нарушения памяти или снижение способности быстро и адекватно реагировать на стимуляцию. Но что происходит в мозге в течение бодрствования, приводя к неумолимому увеличению уровня процесса S, результат которого проявляется в знакомом всем ощущении усталости и сонливости? Мы продолжаем ходить и разговаривать, реагировать на раздражители, но чувствуем себя по-другому.
Записанная электроэнцефалограмма (мозговые волны, ЭЭГ) человека, который не спал два дня подряд, показывает, что периодически и каждый раз всего на несколько секунд мозг, или его отдельные области, переходит в состояние, похожее на сон, — на ЭЭГ появляются волны, неотличимые от медленных волн во сне. И чем дальше во времени (чем дольше человек не спит), тем чаще они появляются.
Наблюдения стали основанием предположить следующее: когнитивные нарушения в состоянии хронической нехватки сна связаны с прекращением деятельности — засыпанием — отдельных популяций нейронов, не настолько больших, чтобы мы полностью заснули, но достаточных для того, чтобы на несколько секунд превратить нас в зомби. Это короткое состояние в некотором роде подобно так называемому абсансу, разновидности эпилептической активности, при которой на несколько секунд мозг переходит в патологическое гиперсинхронное состояние, которое ассоциируется с кратковременной потерей сознания.
Но откуда берется усталость? Как она накапливается? Ответ на, казалось бы, очевидный вопрос неочевиден, ряд гипотез пытается объяснить этот процесс. Понятно, что мозг, нейроны и связи между ними вечером не те, что были утром. Мозг пластичен, и все, что происходит вокруг нас и в нас самих, оставляет свой след, который называется памятью. Это, с одной стороны, жизненно важный след, позволяющий нам адаптироваться к изменяющейся среде, с другой — тягостное бремя: ресурс мозга ограничен, и связи между нейронами не могут изменяться бесконечно. Считается, что в основе механизмов памяти лежит образование новых связей между нейронами или усиление уже существующих. Те нейронные ансамбли, которые в процессе обучения определенной задаче одновременно активируются, приобретают более прочные связи между собой, приводящие к более эффективной коммуникации. Таким образом, после продолжительного бодрствования, наполненного сенсорным опытом, размышлениями, сознательным и бессознательным обучением и попросту «шумом», связи нейронов будут прочнее, что позволит им легче и быстрее вовлекаться в синхронную активность, которая выражается медленными высокоамплитудными волнами на ЭЭГ. Круг замыкается! Чем дольше мы бодрствуем, тем сильнее связи между нейронами, тем, в свою очередь, больше вероятность того, что они в унисон обретут сноподобную активность. А как следствие приходит ощущение усталости или сонливости, и появляются сопутствующие им когнитивные нарушения.
Мы обладаем способностью усилием воли растягивать время бодрствования, по крайней мере до определенных пределов. А если мотивация (или необходимость) поддерживать бодрствование в силу тех или иных причин велика, мы можем даже временно испытать прилив сил. Нейрофизиологические механизмы, которые позволяют их получить, пока неизвестны, но, возможно, происходит усиление нейромодулирующих центров, способствующих возбуждению. Можно предположить, что циркадианные ритмы в таких случаях также играют немаловажную роль. Для того чтобы ее объяснить, мы упомянем еще об одном факторе — процессе С1 , — регулирующем координацию дневных колебаний физиологических процессов и функций, которые связаны с бодрствованием и сном. Явление «раздробленного» или «двухфазного» сна, отражающее, какой из двух процессов доминирует в каждый данный момент времени, интерпретируется следующей гипотезой. Пробуждение среди ночи может свидетельствовать о том, что гомеостатическое давление сна (процесс S) снизилось, а циркадианный процесс поддержания сна (процесс С) еще не достиг необходимого уровня. При такой версии можно заявить, что послеобеденный сон (сиеста) — не исключительно культурная традиция некоторых жарких стран. У него есть физиологическая основа.
Как «работают» эти два противодействующих процесса? Давление сна указывает на потребность во сне, и процесс S возрастает, начиная с момента, когда мы просыпаемся и к середине дня достигает определенного уровня. Процесс C начинает расти позже, и обычно после обеда рассогласование между процессами S и C наибольшее. Но явление «циркадианного восстановления» может быть обманчивым. Мы можем не чувствовать сонливости, но это не означает, что мозг «полон сил» и функционирует так же хорошо, как после восстановительного сна. Усталость и сонливость — не совсем одно и то же.
Необходимость во сне может также накапливаться хронически, но самое опасное — когда мы пребываем в состоянии между сном и бодрствованием, не догадываясь об этом. Более того, принято считать, что каким бы глубоким ни был последующий сон, за одну ночь не достичь полного когнитивного восстановления. Чтобы это понять, необходимо в первую очередь выяснить, что же именно происходит во время сна, что обращает вспять те неизбежные изменения, которые происходят в бодрствующем мозге.
Подробнее читайте:
Вязовский, В., Карлин, М. Сон под микроскопом. Что происходит с нами и мозгом во время сна / Владислав Вязовский, Марина Карлин. — Москва : Бомбора, 2022. — 432 с.