Как спалось?

Вводное слово

«Как спалось?» – один из первых вопросов, который близкие люди задают друг другу вскоре после пробуждения. И правильно делают. Ведь качественный восстанавливающий сон – залог хорошего самочувствия и настроения на весь день.

А обсуждение сновидений – полезнейший ритуал для подогрева чувства единения. Еще Фаина Раневская говорила, что «человек не одинок, если есть кто-то, кому он может рассказать сон».

Но что делать, если со сном проблемы? Все на свете крепко спят в своих теплых постельках, один я, самый несчастный человек, уже который час сверлю потолок. Да и снится сплошная белиберда. Лучше совсем не засыпать, чем смотреть кошмары.

Чтобы понять, что делать и как исправить ситуацию, нужно для начала четко усвоить, с чем имеешь дело. Часто случается, что проблема рассасывается сама по себе, стоит только поближе ее рассмотреть и понять, как это все работает. Итак, поговорим о сне.

Что такое сон?

Сон – это странно, согласитесь? Слабый, беззащитный и очень вкусный первобытный человек спит в пещере, вход в которую толком не огорожен. И любой хищник может туда войти, а человек обездвижен на 6 -12 часов. Зачем природа придумала такую странную штуку? Давайте разбираться.

Спят многие известные нам живые существа, даже те, у которых нет нервной системы. А млекопитающие вообще обожают спать. Некоторые даже уходят в спячку на несколько месяцев. Вот как им спать нравится!

Люди отличаются от других приматов недолгим, но «качественным» сном, который оставляет больше времени на освоение навыков и адаптацию. То есть у людей есть всё, чтобы постоянно обучаться и развиваться, мы под это заточены. А недостаток сна мешает полноценно подстраиваться под изменяющиеся условия.

Изучением сна в разнообразных его проявлениях занимается наука сомнология. Наука эта не такая уж и молодая: первую в мире лабораторию по изучению сна основал Натаниел Клейтман в Чикагском университете в 1925 году. И хотя сомнологии уже почти сто лет, о сне мы еще многого не знаем, но постоянно его исследуем.

Как бы вы охарактеризовали сон? Попробуйте сформулировать, что такое сон, по вашему мнению? Как бы вы объяснили это явление пятилетнему ребенку?

Вероятно, вы подумали что-то такое: «сон – это состояние мозга или всего организма, противоположное бодрствованию, когда мозг отдыхает, не работает, то есть, собственно, спит». Логично? Вроде бы, да. И отчасти вы будете правы. Если говорить точнее, то для нашего сознания обычно все именно так. Но для мозга работа не останавливается, она качественно меняется.

Сон – особое физиологическое состояние мозга, когда он выполняет качественно иную работу, по сравнению с тем, что происходит во время бодрствования. Активность мозга во время сна может быть даже выше, чем при бодрствовании. Работа одних структур мозга тормозится, а других активируется.

Работа сна направлена на восстановление физических и психических ресурсов, потраченных за день. При этом психика обрабатывает опыт и воспоминания, а еще создает сновидения. Тело же почти все время обездвижено, хотя тонус мышц в некоторые периоды сна может сохраняться. Например, в периоды быстрых движений глаз, когда глазные яблоки ведут себя довольно активно.

Откуда в нас берется сон?

Если сильно упрощать, то получается так: сон возникает в результате воздействия на врожденные биологические часы (циркадный ритм) внешних и внутренних раздражителей.

Сон = циркадный ритм + внешние + внутренние раздражители.

С раздражителями все довольно просто. Ко внешним относятся: свет, температура воздуха, шум, прикосновения и т.д. Внутренние раздражители: естественная физиологическая усталость, болезнь, физическое (например, хорошенечко поел) и психическое насыщение (например, понервничал).

Но что такое эти циркадные ритмы?

Наш мозг, в целом, работает по принципу возбуждения и торможения. Возбуждение – активация нейронов, торможение -прекращение или ослабление активации. По такому же принципу работают и частные функции, например, система сон-бодрствование.

В мозге человека есть специализированные центры сна и бодрствования. Их функции противоположны – усыпить и пробудить. Но цель у них общая: достижение комфортного состояния организма, некого равновесия, то есть гомеостаза. А так как человек – система непостоянная, и гомеостаз нарушается довольно быстро, то мозгу приходится все время переключаться с одного режима на другой: то активировать центры сна, подавляя активность центров бодрствования, то наоборот.

Циркадный ритм – врожденные самопроизвольные циклические изменения активности мозга. На ритм влияют внешние и внутренние раздражители. Однако, сон имеет эндогенную, то есть внутреннюю, природу – провоцируется нарушением гомеостаза (усталостью и сонливостью).

Можно ли повлиять на циркадные ритмы?

Долгое время считалось, что сон человека подчинен световому дню, но сейчас чаще говорят, что засыпание предков было связано с температурой, а не количеством света. Например, в эпоху неолита (примерно 10 200 г. до н. э.) наши предки ложились спать через пару часов после заката, то есть, когда холодало. Это при условии, что нет угрозы нападения хищников или соседнего племени.

Циркадные ритмы сформировались в ходе эволюции для того, чтобы сохранить вид: шансы племени на выживание выше, если ложиться спать не одновременно, а по очереди. Часть племени оставалась на страже ночью, часть вставала пораньше, чтобы подготовиться к пробуждению основного состава. А большинство вставали и отходили ко сну не слишком рано и не слишком поздно.

В подтверждение этих предположений, в 2017 году был обнаружен «ген сов» – особый вариант гена CRY1 с более длинным циркадным ритмом, который позволяет совам дольше бодрствовать ночью. При этом у сов фазы сна задерживаются, циркадный ритм замедлен и удлинен на 30 минут. И, если у большинства людей уровень мелатонина начинает расти к 21-22 часам, то у «генетических сов» мелатонин повышается только в 2-3 часа ночи. Так что, совы и жаворонки – это не миф.

Повлиять на свои биоритмы можно, если в этом есть сильная необходимость, но на непродолжительное время. В итоге все вернется в свой ритм при первой же возможности.

Физиология сна

Понимаю, что некоторых может напугать заглавие «физиология сна». Спешу успокоить: обсудим только базовые понятия. Они нужны, чтобы хорошо понимать, как мы вообще спим с точки зрения нашего организма. Не к экзамену ведь готовимся. Тут задача куда серьезнее: надо научиться хорошо спать!

Итак, поговорим о центрах сна и бодрствования, о «дневных» и «ночных» клетках и связи с «внутренним миром».

Ретикулярная формация

Центральное место, которое связывают со сном и бодрствованием – ядра ретикулярной формации в продолговатом мозге и мосте. Они находятся в стволе головного мозга (место перехода спинного мозга в полушария).

Центр бодрствования – ретикулярные ядра моста. Их отростки, то есть аксоны, широко разветвляются по нервной системе. Они принимают участие в восприятии, мышлении, эмоциях, движении. В общем, деловые.

Любая стимуляция извне (шум, свет, прикосновение) приводит к активации ядер моста. А они в свою очередь сообщают организму, что нужно срочно прийти в тонус. За пробуждение, то есть стимуляцию симпатической («бей-беги») нервной системы, отвечает нейромедиатор норадреналин.

Центр сна находится здесь же, в срединной части ствола мозга, в эпифизе, который вырабатывает серотонин.

– Но постойте! – скажете вы. – Серотонин это не про сон, это, наоборот, про активность.

И будете правы, но только отчасти. Сейчас разберемся.

Гипоталамус

Выше мы проговорили, что в мозге человека имеются центры сна и бодрствования. Однако, мы знаем, что наш мозг работает едино, ведь в мозге все связано. То есть за одну функцию отвечает несколько отделов и один отдел отвечает за множество функций. Итак, ретикулярная формация не единственной место, которое участвует в процессах сна и бодрствования.

Еще одна важная в этом деле структура мозга – гипоталамус. Гипоталамус тоже находится в стволе мозга, но уже в промежуточном отделе. Гипоталамус имеет нервные клетки, активные днем, и клетки, активные ночью. «Дневные» клетки посылают сигналы в центры бодрствования, «ночные» работают с центрами сна.

Но как гипоталамус узнает, когда день, а когда ночь?

Регуляция происходит при помощи супрахиазматического ядра. Это древняя зрительная структура, грубо говоря. Нервные клетки этого ядра отслеживают суточные ритмы освещенности. То есть, собственно, супрахиазматическое ядро и контролирует наш 24-часовой ритм, он же циркадный ритм, он же биологические часы.

Сигнал об отсутствии света идет от нейронов сетчатки глаза через гипоталамус в эпифиз, где в течение дня вырабатывался серотонин. Серотонин толкает ГАМК-нейроны (нейроны торможения нервной системы), сообщает им, что пора бы сворачивать активность. И начинается затухание восприятия внешних факторов. А вот уже в темноте из серотонина синтезируется так называемый «гормон сна». Оказывается, серотонин – нейромедиатор-хамелеон, днем он выступает за любую активность, а ночью перевоплощается в мелатонин.

Но мелатонин вырабатывается не постоянно в течение дня. Сначала должна накопиться усталость. За неё отвечает нейромедиатор аденозин. Аденозин ингибирует (захватывает) молекулы, высвобождающиеся во время активного бодрствования. То есть собирает в одну кучу отходы жизнедеятельности мозга. Таким образом, побочные продукты потребления организмом энергии накапливаются, и мы испытываем усталость.

Мелатонин сам по себе не создает сон, он сообщает организму, что пора бы поспать. Его концентрация плавно возрастает в сумерки, достигает максимума около четырех-пяти утра по местному солнечному времени, после чего медленно снижается. С рассветом, который дает эпифизу сигнал перекрыть кран с мелатонином, начинает продуцироваться кортизол (да-да, тот самый, что известен как «гормон стресса»), и мы просыпаемся. Мозг сообщает организму: «баланс усталость-отдых восстановлен, накопленный ресурс бодрости снова можно растрачивать».

Центральное серое вещество

Только что мы говорили о пробуждении-засыпании в зависимости от работы биологических часов и влиянии на них внешних факторов, в частности, количества солнечного света. Но есть же и внутренние факторы.

В ретикулярной формации есть нейроны, настроенные на работу и со внутренней средой, которые реагируют на усталость, насыщение, болезнь и т.д. Сонливость появляется в результате того, что эти факторы активируют ретикулярные ядра продолговатого мозга, от них сигнал уходит на центральное серое вещество. А серое вещество дает всеобщую команду «спать!»

Вывод

Итак, система сон-бодрствование работает в соответствии с врожденными циркадными ритмами, на которые влияют внешние и внутренние раздражители. И вся эта деятельность контролируется четкой и слаженной работой гормонов и нейромедиаторов.

Электрические волны сна

Как вообще выяснили, что сон – это именно сон, а не просто особая форма бодрствования?

Наш мозг – это сложная система взаимодействия нейронов. Такое взаимодействие называется биоэлектрической активностью мозга. Ее можно измерить с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Многие знакомы с этой процедурой, когда на голову надевают шапочку-сеточку и вставляют в нее датчики-электроды. С помощью этих датчиков с отделов мозга считываются электрические волны, отражающие активность нейронов. Среди волн есть альфа, бета, тета, сигма и другие.

Так вот, оказалось, что электрические волны сна отличаются от волн бодрствования. И это не единственное отличие. О других отличиях поговорим ниже. Спойлер: в деле снова гормоны.

Структура сна: циклы, фазы, стадии сна

Сон – это не просто состояние без сознания, а четко структурированный процесс. Кроме того, что сон зациклен с бодрствованием, он и сам по себе цикличен.

Один цикл сна включает две фазы: медленный сон (Non-REM) и быстрый сон (REM, БДГ, фаза быстрых движений глаз, парадоксальный сон). Фазы поочередно сменяют друг друга.

Своё название фазы сна получили по быстрым и медленным электрическим ритмам.

Как только мы засыпаем начинается фаза медленного сна. Это фаза восстановления сил и отдыха. Состоит из следующих стадий:

– засыпание, состояние дремоты, медитативное состояние;

– поверхностный сон, когда человека легко разбудить. Момент перехода к глубокому сну. Если человека разбудить, он будет думать, что не спал совсем;

– глубокий медленный сон с двумя подтипами в зависимости от колебаний дельта-волн. Дельта-сон – это период, когда наиболее вероятно снохождение и разговоры во сне.

Затем наступает фаза быстрого сна, когда мы видим сновидения. Последние исследования показывают, что мы видим сновидения и во время медленного сна, но они короче и не такие интенсивные.

Волновая активность мозга в фазе быстрого сна почти не отличается от активности периода бодрствования. Рисунок ЭЭГ при бодрствовании и быстром сне практически идентичен, разница заключается в гормонах. Во время бодрствования в мозге преобладают моноамины (норадреналин, серотонин и гистамин), а во время быстрого сна – ацетилхолин и глутамат, что и обеспечивает парадоксальность такого состояния – высокую активность мозга при внешнем покое.

50% времени сна уходит на неглубокий сон, а вот остальные 50% примерно поровну распределены между двумя фазами сна: медленной глубокой и быстрой.

Один цикл длится примерно 90 минут. За ночь взрослый человек при 8-часовом сне проходит примерно 5 циклов. В первом цикле по времени преобладает медленная фаза, а в последней фазе, наоборот, преобладает период быстрых движений глаз. Предполагается, что медленная фаза в большей степени отвечает за физическое восстановление, а быстрая – за психическое.

Что происходит между циклами?

Сейчас важный вопрос. А что происходит между циклами? Один цикл закончился и…? Оказывается, циклы отделяются микропросыпаниями. Что это? Зачем это?

Вернемся к тому, что человек во время сна крайне уязвим для голодных саблезубых тигров. Хорошо бы иметь какой-то способ контролировать ситуацию: все ли тут в порядке, пока я сплю? Поэтому наша двигательная кора всегда на страже одним глазом.

Еженощно каждый человек просыпается всякий раз после завершения одного цикла сна. В норме мы этого не замечаем. Исследователи предполагают, что в этом может заключаться одна из функций быстрого сна – подготовка тела к окончательному пробуждению.

Это очень важная информация. Особенно она важна для тех, кому кажется, что он не спит сутками. Дело в том, что есть люди, которые во время этих микропросыпаний умудряются себя полностью взбудоражить, разбудить. И те микропросыпания, которые должны длиться несколько мгновений, растягиваются на 15 минут нового засыпания. А если хорошенько на этом зациклиться, то можно не уснуть и в течение пары часов.

Но и это еще не все. На протяжении всей ночи наблюдаются короткие пробуждения после или во время фазы быстрого сна. Каждую ночь каждый из нас просыпается не меньше сотни раз. Каждое микропросыпание длится меньше 15 секунд и происходит примерно каждые пять минут. Они не влияют на то, насколько человек чувствует себя выспавшимся, не связаны с пробуждением от кошмара или с тем, что его что-то разбудило, например, шум от соседей. Это опять же проверка безопасности.

Спонтанные пробуждения связывают еще и со случайной электрической активностью в определенном наборе нейронов мозга, которые названы «нейронами, способствующими пробуждению».

Дело в том, что, даже когда мы спим, нейроны непрерывно работают, хотя и на низком уровне электрической активности. Иногда эта электрическая суета случайно активирует «нейроны пробуждения». Тогда человек просыпается рывками. Но этому противостоят нейроны, способствующие быстрому засыпанию.

То есть при этих микропросыпаниях организм не переходит в состояние бодрствования в полной мере, а сам человек обычно не помнит, что просыпался. И это нормально.

Интересно, что есть и обратное явление: микрозасыпания в процессе бодрствования. На несколько секунд мозг как бы перезагружается. Это происходит от усталости или скуки.

Хронотипы

Итак, мы поговорили о том, что сон цикличен сам по себе и зациклен с периодами бодрствования. Эта цикличность называется циркадным ритмом. Циркадный ритм есть у всех людей, но одинаков ли он для нас всех?

Погорим про хронотипы и нормы сна.

Здесь нужно сделать отступление: «норма» – понятие усреднённое и рассказывает о людях в целом, а люди разные. И каждый отдельно взятый человек уникален. Так что ориентируемся на нормы, но с оглядкой на самочувствие.

Условная норма длительности сна по возрастам:

– дети до года могут позволить себе до 20 часов сна в стуки;

– к пяти годам сон сокращается до 10 – 13 часов, включая дневной;

– к 13 годам длительность сна приближается ко взрослым нормам, т.е. примерно к 10 часам в сутки;

– для взрослых норма – 7-10 часов.

Если взрослый нуждается более чем в 12 часах сна, то можно предположить, что со здоровьем не все в порядке. Что может заподозрить врач? Переживание стресса, кризиса; депрессивность; гиперсомнию; какое-либо другое заболевание (психическое или соматическое), которое вызывает чрезмерную потребность во сне, например, нарушения в эндокринной системе. Так что все списывать на гены тоже не стоит. В некоторых случаях слишком долгий сон может быть криком организма о помощи.

Интересно, что и длительность фаз сна разнится в зависимости от возраста:

– новорожденные проводят не меньше половины времени сна в быстрой фазе и могут погружаться в него почти сразу после засыпания;

– в промежутке от 5 до 11 лет сон ребенка становится похожим на сон взрослого, где преобладает стадия поверхностного медленного сна;

– в пожилом возрасте продолжительность быстрого сна сокращается. То есть сон пожилых людей направлен в большей степени на восстановление физических сил.

В зависимости от природной потребности мы делим людей на «сов», «жаворонков» и «голубей». У реальных людей (а не усредненных) в биологических часах обычно не 24 часа. У сов биологические часы тормозят, а у жаворонков торопятся. Часы требуют ежедневной «подгонки» через восприятие света. Зависит это по большей части от генетики, а уже потом от прочих факторов: внешних раздражителей или особых условий, например, возраста. Ориентировочная частота распределения хронотипов:

– 15% – утренний тип (подъем до 6 утра и засыпание к 10 вечера),

– 20% – вечерний тип (усталость не раньше 12 ночи и, соответственно, более поздний подъем),

– 65% – аритмичный (на час-два позже утренних).

Дело здесь не только в том, во сколько человек встает, но и в том, на сколько он работоспособен в определённое время суток. Даже клетки нашего организма делятся в соответствии с хронотипом.

Специалисты кафедры физиологии человека РУДН провели исследование, по результатам которого вывели четыре хронотипа:

– высокоактивный тип – активен в течение всего дня. Этакие энерджайзеры;

– дневной сонный – продуктивен утром и вечером, но не днем;

– дневной активный – не ощущает бодрости утром и вечером, а пик работоспособности приходится на дневное время;

– умеренно активный тип – характеризуется сниженной активностью в течение всего дня.

Исследователи из бостонского центра расстройств сна выявили, что геном содержит еще и зоны долгого и короткого снов. В исследовании участвовало 50 тысяч человек. Выяснилось, что люди могут быть:

– короткоспящими (4-6 часов сна для восстановления сил);

– среднеспящими (7-9 часов);

– долгоспящими (10-12 часов).

До этого мы говорили о «гене сов», но оказывается, что есть и обратный вариант. Мутация гена ADRB1 приводит к тому, что человек может высыпаться на два часа быстрее.

Встаёт вопрос: «а что делать, если я долгоспящая умеренно активная сова в мире жаворонком-достигаторов?» Для начала выяснить свои реальные потребности и по возможности приблизить их с требованиями окружающего мира. Хотя, хронотип – это генетическая данность, но это достаточно гибкая система, и у организма есть механизмы подгонки работы эндокринной системы под него.

Так что не стоит волноваться о том, что «наверное, мой организм очень сильно страдает, раз я вынужден вставать в неподходящее время».

Исследования показывают, что суточный ритм секреции гормонов связан с хронотипом. Например, у жаворонков уровень кортизола в первый час после пробуждения значительно выше, чем у позднего.

Минимальный уровень кортизола в крови обычно приходится на середину ночного сна, а его максимум достигается перед пробуждением. У «жаворонков» максимум наступает раньше, чем у большинства людей, – в 4-5 часов утра. Поэтому «жаворонки» более активны в утренние часы, но быстрее утомляются к вечеру – уровень мелатонина у них начинает нарастать задолго до полуночи.

У «сов» ситуация обратная: мелатонин начинает нарастать позже, ближе к полуночи, а максимум уровня кортизола попадает на 7-8 часов утра.

Большинство людей относится к третьему типу – «голубям», у которых не наблюдается такого четкого распределения. Обычно наибольшая работоспособность у них в 10-12 и 16-18 часов и самый низкий уровень активности с 2 до 5 часов. А середина ночи у большинства испытуемых всех типов приходится на 2.30 – 4 утра.

Поэтому, не сильно беспокойтесь на счет данных в табличках «полезности сна по часам», которые можно найти в интернете, о том какой гормон в какое время выделяется. Они написаны по жаворонкам. И не подходят для сов и голубей.

Несмотря на то, что хронотип биологическая данность, с возрастом он может меняться сам по себе, без нашего сознательного воздействия. Так, закоренелая сова может обнаружить себя жаворонком, выйдя на пенсию.

Еще одно интересное исследование, в котором делали замеры суточной активности нейронов у человека, проживающего в полной темноте и изоляции (сенсорная камера). Так на 22-й день эксперимента, внутренние часы испытуемого перестали подстраиваться под восход солнца. Тогда выявляется собственный внутренний циркадный ритм, который оказался немного больше 24 часов. Периоды сна и бодрствования приобрели характер свободного течения и каждый день сдвигался.

У разных людей разные потребности. Нет одного для всех идеала. Совы и жаворонки – это не предпочтения и не каприз, а биологическая данность.

Зачем вообще спать?

Что такого важного происходит в организме во время сна, что нельзя сделать во время бодрствования? Поговорим о функциях сна.

Первое, что приходит на ум, когда думаешь о предназначении сна это отдых, то есть физическое и психическое восстановление. И это верное направление мысли. Сначала поговорим о физической части, так как она в большей степени связана с первой в очереди – медленной фазой сна.

Во время сна происходит регенерация клеток

Сон – это время, когда можно наконец переключиться с режима реагирования на внешние стимулы в режим внутреннего сканирования.

На стадию глубоко медленного сна приходится выработка примерно 80% соматотропина – «гормона роста», который отвечает не только за рост, но и за процессы регенерации клеток организма.

Во время сна происходит починка поврежденных генов

Структура ДНК клеток регулярно нарушается в результате влияния на них метаболизма (перевода питательных веществ в энергию). Частота повреждений ДНК, вызванных продуктами метаболизма, достигает десятков тысяч событий в день на клетку. ДНК может быть повреждена и из-за внешних воздействий, например, излучения.

В период бодрствования нейроны постоянно активны, поэтому у белков, которые занимаются «ремонтом» разрывов в ДНК, нет возможности выполнять свою работу.

Участие сна в иммунных процессах

Сон и работа иммунитета – процесс двусторонний.

С одной стороны, во время сна организм получает наконец возможность восполнить запасы т-лимфоцитов, на которые мы возлагаем разнообразные функции, определяющие в конечном итоге работу иммунной системы. В течение дня они заняты непосредственно работой иммунитета, а во время сна можно восстановить потери.

С другой стороны, во время болезни, условно гриппа, иммунная система тянет нас к режиму сохранения энергии, то есть поспать. И, наконец, риск респираторных инфекций, как и при любом дистресс, при плохом сне повышается в несколько раз.

В 2016 году провели крупное статистическое исследование: в нём сравнивали медицинские истории 23 тысяч человек, средний возраст которых был около 45 лет. Сравнивали их данные о сне и о разных инфекционных заболеваниях. Оказалось, что те, кто спит меньше пяти часов, простужались почти на 30% чаще и на 80% чаще болели пневмонией, гриппом и ушными инфекциями по сравнению с теми, кто спал положенные 7–8 часов. То же самое касалось и расстройств сна, когда человек вроде и проводит в постели те самые 8 часов, но не высыпается. У них была похожая ситуация, они простужались на 30% чаще.

Но как именно сон влияет на иммунные функции?

Для эксперимента испытуемых поделили на две группы. Контрольная группа спала в течение восьми часов ночью, а экспериментальная осталась без сна. По ходу эксперимента у всех участников через равные промежутки времени брали кровь на анализ. Исследователей интересовали T-клетки, в которых при встрече с проблемой активируются белки-интегрины. Исследователей интересовала их способность к адгезии, то есть слипанию с другими клетками, например, клетками-патогенами или клетками, отвечающими за транспорт т-клеток к другим частям организма.

Исследование показало, что лишение сна снижает адгезию Т-клеток. Из образцов крови выделили плазму, ту желтоватую жидкость, по которой передвигаются эритроциты, лейкоциты и прочие. Затем на плазму воздействовали изолированными т-клетками. Адгезия т-клеток неспавших испытуемых была заметно снижена по сравнению со спавшими испытуемыми.

Кстати, это имеет отношение не только к клеткам инфекционных заболеваний, но и к онко-клеткам.

Сон влияет на чувствительность к боли

В эксперименте участвовали 25 человек без проблем со сном и без особенностей в восприятии боли. У каждого из них измеряли болевой порог после обычного ночного сна: к ноге прикладывали нагреватель и медленно повышали температуру до тех пор, пока человеку не становилось больно. При этом делали МРТ головного мозга. В среднем участникам эксперимента становилось заметно неприятно при 44 °С.

Затем тоже самое проделывали после бессонной ночи. Теперь у большинства испытуемых неприятные ощущения начинались уже с 41 °С. То есть болевая чувствительность повышалась. Данные МРТ показывали, что при этом повышалась активность в соматосенсорной коре мозга, то сеть повышалась чувствительность к показаниям тела. И одновременно снижалась активность в прилежащем ядре – «центре удовольствия». Прилежащее ядро управляет уровнем дофамина, а дофамин может смягчать болевые ощущения.

То есть недостаток сна не только делал более чувствительными к боли те мозговые зоны, которые должны обрабатывать болевые сигналы, но и подавлял собственную обезболивающую систему мозга.

Кроме того, снижалась активность в ещё одном участке – островковой доле коры, которая оценивает болевые ощущения и соотносит их с общим контекстом, чтобы мы могли адекватно отреагировать на неприятные обстоятельства.

Запускается специфическая, отличающаяся от дневной, ночная работа эндокринной системы

Мы уже обсуждали ранее, что в темноте запускается сонная схема работы мозга, при свете – схема бодрствования. Но система сон – бодрствование живет не в вакууме. Гормональная система – это единый механизм, который затрагивает все гормоны и нейромедиаторы.

И тут обычно встает вопрос от сов: что мне делать? В 11 вечера я еще не хочу спать. Кроме того, в некоторых регионах темное время суток по несколько месяцев длится по три часа за ночь.

Об этом не стоит слишком беспокоиться. Циркадный ритм – это довольно гибкая система, и она умеет подстраиваться. Мы же можем ей помочь. Днем в зимнее время ловить солнечный свет по максимуму, зажигать дома свечи, а летом по ночам надевать маску на глаза и использовать блэкаут шторы.

Уборка в голове (нейронные связи)

Вся совокупность связей между нейронами нервной системы называется коннектОм. Эта система не константна, в ней постоянно происходит рекомбинация связей. Нейроны изменяют силу связей между собой, разрывают связи, заново соединяются, создавая или уничтожая синапсы, «переподключаются», отращивая или отводя ветви. Наконец, путем регенерации возникают совершенно новые нейроны, а существующие могут отмирать.

Во время сна размеры и сила синапсов в мозге уменьшаются. Во время бодрствования мозг постоянно усваивает и обрабатывает новую информацию, что выражается в укреплении хранящих ее синаптических связей: увеличении площади контакта между двумя нейронами. Согласно гипотезе синаптического гомеостаза, во время бодрствования общее усиление синаптических связей в мозге становится чрезмерным, что приводит к возникновению «шума» в нейрональных сетях, мешающего нормальному хранению и обработке информации. Во время сна должно происходить ослабление синапсов, чтобы их сигналы не заглушались «шумом».

При этом процесс ослабления синаптических связей был селективным: он не затрагивал наиболее крупные и сильные синапсы (примерно 20 процентов из всех). По мнению исследователей, незатронутыми остаются синапсы, которые хранят наиболее важные и стабильные воспоминания. Чем реже используется какой-либо отросток нейрона, тем меньше у него шансов пережить синаптический прунинг, то есть обрезку от излишков.

Сон это не период восстановления всего мозга, а только период восстановления синапсов с пластическими свойствами – то есть тех, которые подвержены изменениям при обучении.

Кроме того, во время сна мозг ослабляет межнейронные контакты, чтобы нейроны сохранили способность к восприятию новой информации.

Во время бодрствования в мозге высокая концентрация нейромедиаторов активности (серотонин, норадреналин и т.д.). Возможно, состояние сна – единственная возможность для мозга отдохнуть от них, значительно снизив концентрацию.

Уборка в голове 2 (продукты метаболизма)

Мы знаем, что у нас в организме есть лимфатическая система, но оказывается в мозге есть своя система, которая функционирует сходим образом. Это глимфатическая система – система канальцев между нейронами.

Именно во сне происходит очистка глимфатической системы от продуктов распада, в том числе продуктов метаболизма. Они считаются одной из причин нейродегенеративных заболеваний (деменции).

Как происходит такая «уборка»?

В медленной фазе сна нейроны снижают свою активность, а, следовательно, им не нужно столько кислорода, как во время бодрствования. Поэтому приток крови снижается, а на ее смену приходит волна спинномозговой жидкости – ликвора. Спинномозговая жидкость устремляется внутрь, заполняя пространство, и вымывает продукты жизнедеятельности нервной системы, то есть выводятся накопленные за день продукты распада. Затем фаза медленного сна заканчивается, приходит фаза быстрого сна, нейроны вновь активируются и процесс повторяется.

Структурирование памяти

В фазе глубоко сна гиппокамп структурирует память, перенося полученную за день информацию из краткосрочного в долгосрочное хранение.

Мы знаем, что нейроны общаются друг с другом с помощью синапсов, пропуская электрохимический импульс от нейрона-передатчика к нейрону-приемнику.

Импульс между клетками передается с помощью нейромедиаторов. Нейрон-передатчик выбрасывает нейромедиатор в синаптическую щель, а нейрон-приемник ловит нейромедиаторные молекулы своими рецепторами и генерирует на своей мембране импульс, который бежит дальше. Если рецепторов много, нейроны будут хорошо «слышать» друг друга, если мало, путешествующий по нейронной цепи сигнал начнёт затухать.

Вся нервная деятельность, в том числе память, завязана на синапсы и нервные цепи. Чтобы хорошо что-то запомнить, нужно, чтобы сформировались прочные связи между нейронами. Но если нейроны будут без конца усиливать связи, то это приведёт к информационному беспорядку и истощению самих клеток. В результате обучения и запоминания не получится. Предполагается, что нейроны должны специально ослаблять связи, чтобы поддерживать равновесие между необходимостью помнить старое и усваивать новое.

Известно, что во время бодрствования синапсы всё время усиливаются. Значит, их ослабление, спасающее нервную систему от перегрузки, происходит во сне. Выяснили, что есть специальный белок – Homer1a, который ослабляет синаптические связи во время сна, в зависимости от количества норадреналина в синапсисах. Норадреналин поддерживает организм в бодрствующем состоянии.

Действительно ли ослабление синапсов так нужно для эффективной работы мозга?

Чтобы это проверить провели эксперимент. Мышей сажали в клетку, где по полу время от времени проходил слабый электрический разряд. Естественно, мыши, снова оказавшись в этой клетке, замирали, то есть демонстрировали кратковременный эпизод выученной беспомощности. Затем мыши отправлялись спать, а после сна их снова сажали либо в электрическую клетку, либо в какую-то другую.

Поспавшие мыши, попав в то место, где их били током, 25% времени проводили в ступоре. Они помнили клетку и связанные с ней неприятные ощущения. В другой клетке мыши тоже время от времени пугались, но неизмеримо реже, так что на стрессовую реакцию приходилось 9% времени пребывания там.

Ожидали, что мыши, которым мешали спать, то есть подавляли возможность ослабить синопсисы, будут вообще мало что помнить. Но в реальности мыши помнили про опасность, впадали в стресс и в электрической клетке, и в безопасной, причем гораздо чаще. Так как все синопсисы сохранили первоначальную силу, животным стало трудно отличить одну клетку от другой. Слишком сильные воспоминания искажали восприятие. То есть, ослабление синапсов необходимо, чтобы не путаться в завалах информации.

В итоге выяснили, что синапсы во время сна уменьшаются по площади примерно на 18%. При этом, самые большие синапсы не уменьшаются – вероятно, они формировали нервные цепочки, отвечающие за самую важную информацию, которую ни в коем случае нельзя потерять.

Сон помогает справиться с негативными эмоциями (на примере стыда)

Одним из главных эмоциональных нервных центров служит миндалевидное тело, или амигдала (хотя амигдала занимается не одними только эмоциями). Исследователи из Королевской академии наук и искусств Нидерландов и Амстердамского свободного университета описали, как отрицательные эмоции зависят от того, как мы спим.

Обычно в таких экспериментах показывают что-то пугающее: змей, пауков и т. д. Но в этот раз всё было еще хуже. Человека просили спеть что-то в караоке, при этом собственного голоса поющий не слышал. Среди испытуемых не было профессиональных музыкантов. Когда испытуемым позже давали послушать то, что они напели, то люди начинали испытывать сильный стыд от услышанного. При сканировании мозга в МРТ можно было видеть повышенную активность амигдалы.

Затем участники эксперимента укладывались спать на ночь в лаборатории. Некоторые из них в той или иной степени страдали от бессонницы, что было видно по сопутствующей электроэнцефалограмме: мозг постоянно просыпался во время быстрой фазы сна. Некоторые пробуждались больше 20 раз за час.

На следующий день испытуемых снова мучили записями собственного пения. Оказалось, что у тех, кто плохо спал, амигдала сильнее реагировала, чем у тех, кто спал хорошо. То есть хороший быстрый сон помогал справиться со стыдом.

Спящий мозг перепроверяет наши эмоции по отношению к тому, что с нами недавно случилось. И если какое-то событие при дальнейшем рассмотрении не кажется таким уж важным, если это не вопрос жизни и смерти, то эмоции относительно него утихают. В нейронных цепях, которые их обслуживают, слабеют межнейронные связи и сигнал бежит по ним хуже.