В царстве Морфея человек проводит треть своей жизни. При средней продолжительности жизни (75 лет) мы спим четверть века. Возникает закономерный вопрос, зачем вообще нужен процесс, который делает людей уязвимыми? Что происходит с мозгом человека в покое, откуда берутся сны – об этом на лекции «Путешествие в царство Морфея» в Парке науки ННГУ рассказала кандидат медицинских наук, научный сотрудник лаборатории генетики развития мозга НИИ нейронаук Университета Лобачевского Ксения Ачкасова. 

Циклический принцип.

Спят практически все живые существа – млекопитающие, птицы, рептилии, насекомые. Даже у совсем простых организмов наблюдается состояние, очень похожее на сон. Это говорит о том, что данное состояние выполняет очень важную функцию.

Для изучения сна ученые используют метод – полисонография, который позволяет буквально заглянуть внутрь спящего человека и изучить, что происходит с его организмом. С помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ) регистрируется электрическая активность участков мозга, что позволяет понять, в какой конкретной фазе находится спящий. Датчики регистрируют быстрые/медленные движения глаз под закрытыми веками. Электро­окулография (ЭОГ) позволяет определить фазу быстрого сна, она называется REM (от английского Rapid Eye Movement – быстрые движения глаз). Электромиография регистрирует электрическую активность мышц. Также отслеживаются частота дыхания, насыщение крови кислородом, работа сердца. 

Такое всестороннее изучение позволило установить, что сон протекает по предсказуемому циклическому принципу – фаза медленного сна (без быстрых движений глаз) и фаза быстрого REM-сна. 

На фазу медленного приходится 75-80 процентов, на быстрый сон – оставшиеся 20-25 процентов. В течение ночи происходит чередование медленного и быстрого сна. За всю ночь у нас происходит порядка четырех-пяти циклов.

Медленная фаза состоит из трех стадий. Первая, начальная, когда происходит переход от бодрствования ко сну. Обычно она длится от 1 до 7 минут и составляет примерно 5% от общего цикла сна. В этой фазе человек очень легко просыпается, его можно разбудить даже малейшим шумом. Интересная особенность данной стадии в том, что возможны так называемые гипнагогические подергивания (ощущения падения) и мышечные вздрагивания. До сих пор механизм этого явления до конца непонятен. Есть предположение, что это форма древнего рефлекса, когда мозг интерпретировал расслабление как сигнал о том, что спящий примат падает с дерева. Мышечные вздрагивания заставляли встряхнуться для того, чтобы изменить положение. 

Во вторую стадию медленной фазы сна разбудить спящего уже тяжелее. На электроэнцефалограмме в этот момент видны сонные веретена (короткие мощные вспышки нейронной активности) и К-комплексы (мощные высокоамплитудные волны, защищающие сон от внешних раздражителей). Они играют непосредственную роль в механизме синаптической пластичности мозга, то есть связаны с построением новых нейронных связей, а также участвуют в механизме укрепления памяти.

Третья стадия медленного сна является самой глубокой. В Норвегии был случай, когда мужчина утром обнаружил во дворе 135-метровый корабль, который сел на мель. Однако этот норвежец спал так глубоко, что ничего не слышал. Если человека разбудить во время этой стадии, то у него будет довольно-таки выраженное состояние умственной затуманенности. Когнитивные тесты он будет выполнять хуже в течение где-то 30-60 минут. Такое состояние многим знакомо по дневному сну, когда прилегли на 10 минут, а проспали час или два, и потом долго нет ощущения чувства бодрости. 

И, наконец, фаза быстрого сна – REM. На ЭЭГ появляются так называемые бета-волны, и в целом рисунок похож на ЭЭГ бодрствующего человека. Это объясняется тем, что именно в этой фазе человек видит яркие сны. В этот момент может наблюдаться REM-атония – временный паралич скелетных мышц. Мозг парализует практически все мышцы нашего тела, за исключением глазодвигательных и дыхательных, чтобы человек физически не начал воспроизводить свои сновидения в реальности. Например, не решил прыгнуть в окно или кого-нибудь побить. Иногда во время перехода от сна к бодрости механизм регулировки несколько нарушается, человек уже проснулся, а механизм блокировки мышц продолжает работать. С этим связан так называемый сонный паралич, когда человек уже все осознает, но не может ни пошевелиться, ни крикнуть. 

Копилка памяти.

Иногда нам кажется, что сон – это пустая трата времени. Но он выполняет несколько очень важных функций. Первая – укрепление памяти. Когда мы в течение дня получаем новую информацию, то наш мозг формирует очень хрупкие следы воспоминаний, с течением времени они становятся более долговременными, более устойчивыми.

Идея о том, что сон помогает механизму консолидации памяти, то есть механизму укрепления памяти, появилась около ста лет назад. В 1924 году был проведен первый эксперимент на людях. Испытуемых попросили запом­нить некоторое количество бессвязных слогов, потом поделили их на две группы.

Первая группа спала, вторая группа бодрствовала такое же количество часов. Затем был тест, и оказалось, что люди после сна вспоминают информацию значительно лучше. 

В течение долгого времени считалось, что так происходит только потому, что во время сна на мозг не действует никакая новая информация, то есть новые данные не могут переписать или как-то исказить воспоминания. Но оказалось, что мозг не просто спит, а активно перерабатывает информацию. В этом процессе ключевой структурой является гиппокамп. Это временное хранилище информации в нашем мозге. 

В 90-х годах прошлого века ученые изучали эту структуру у крыс и обнаружили, что нейроны гиппокампа, которые активируются, когда крыска бодрствует и бегает в лабиринте, также активируются, когда крыса спит. Важно отметить, что они активируются в той же самой последовательности, что и в течение дня, то есть в течение получения реального опыта. Этот процесс называется повторным воспроизведением. Получается, мозг пересматривает события дня в быстром темпе. В течение ночи гиппокамп передает информацию в кору, таким образом формируется устойчивое воспоминание, формируется наша долговременная память.

Мозг надо промывать.

Еще одна интересная функция, о которой стало известно относительно недавно, это очищение мозга от продуктов его работы. В большинстве органов нашего организма эту задачу выполняет лимфатическая система, которая уносит лишнюю жидкость и все продукты из тканей. Долгое время считалось, что в мозге такой системы нет.

В 2012 году было опубликовано исследование, где ученые нашли такую очищающую систему и назвали ее глимфатической. Это связано с тем, что в ее формировании участвуют клетки глии (это одни из основных клеток нашего мозга). 

В ходе экспериментов на крысах ученые увидели, что спинномозговая жидкость циркулирует вдоль кровеносных сосудов, проникает в ткань мозга, промывает и таким образом уносит метаболические отходы. Было обнаружено, что во время сна этот процесс происходит более интенсивно, так как пространство между нервными клетками увеличивается и, соответственно, спинномозговой жидкости намного легче циркулировать. Таким образом удаляются некоторые белки, в частности, бета-амилоид, отложение которого ассоциировано с развитием болезни Альцгеймера. Поэтому ученые и предполагают, что хронический недосып может привести к нарушению «механизма промывания мозга» и тем самым увеличить риск возникновения болезни Альцгеймера.

Вопрос дилетанта.

– Почему людям снятся сны? 

– Сновидения мы видим в фазе быстрого сна, – отвечает Ксения Ачкасова. – Если посмотреть электроэнцефалограмму человека во время REM-фазы, то можно заметить, насколько активны некоторые области нашего мозга.

Зрительная кора – область, которая воспринимает наши зрительные стимулы во время дня. Именно поэтому во время сна человек видит яркие образы, какие-то сцены или, может, даже целые фильмы. Также очень активна лимбическая система – это группа структур мозга, которые ответственны за эмоции, в частности, за страх, за тревогу, за радость. Это объясняет, почему во сне мы часто испытываем очень сильные переживания, иногда они могут быть даже ярче, чем в обычной жизни. 

Также важно упомянуть, что когда мы спим, то у нас выключается префронтальная кора. Эта область отвечает за логику и критическую оценку происходящего. Именно поэтому довольно часто события, происходящие во сне, выглядят сюрреалистически.

Персонажи могут превращаться в кого-то другого, обстановка может резко меняться. Например, вышли из дома, а оказались в другой стране. Но при этом мозг нормально относится к происходящему. Ему не кажется происходящее странным, ведь система критического анализа не работает. Следует отметить, что если активность префронтальной коры возвращается, то возникает такое явление, как осознанное сновидение. То есть человек начинает понимать, что он спит, и даже может сценарий своих сновидений корректировать. 

Александра Махлина. Фото vkvideo.ru/@sciencenn