Можно ли обойтись без сна?
Отсутствие сна очень тяжело переносится большинством людей. Пытка бодрствованием применялась еще в Древнем Риме.
Она использовалась и в Средние века для того, чтобы заставить признаться в преступлениях, которых не совершали, для «изгнания демонов». Применялась она и в более позднее время в Германии, в застенках гестапо, в тюрьмах СССР в 30-х годах XX века.
Люди иногда сами себя лишали сна ради какой-нибудь возвышенной цели. Например, Гильгамещ, герой эпоса древней Месопотамии, должен был не спать шесть дней и шесть ночей, чтобы стать бессмертным. Но сон его одолел, и он остался среди смертных. Бодрствовали и те, кто пытался добиться более глубокого самосозерцания. В монастырях Ближнего Востока монахам не полагалось спать более 3—4 часов, так как вечерняя служба заканчивалась далеко за полночь, а утренняя начиналась уже в 4 утра.
Многие философы-аскеты превозносили борьбу со сном, так как рассматривали время, проведенное во сне, как потерянное, растраченное впустую. Чтобы достичь своей цели, они, например, подкладывали под голову камни вместо подушек. Некий Петр из Алкантары, который во время отдыха клал голову на острый кол, никогда не спал больше полутора часов в сутки, и так в течение сорока лет. В конце XVIII столетия немецкий поэт и мистик Но-валис восхвалял бессонницу, полагая, что «чем меньше мы спим, тем больше мы приближаемся к совершенству».
Опыты с лишением сна — уникальная возможность для современных исследователей проникнуть в тайны регуляторных механизмов и функции сна. Впервые они были проведены в 80-х годах XIX века русским физиологом М.М. Манассеиной на щенках. Их несколько раз повторяли и позже. Самым замечательным оказался мировой рекорд, поставленный 17-летним учащимся из Калифорнии Ренди Гарднером в 1965 году. Большую часть времени он провел в компании двух своих приятелей, все время старавшихся (с нарастающими трудностями) не давать ему спать.
На 4—5-е сутки Ренди стал раздражительным и подозрительным. У него появились галлюцинации и ухудшение памяти. Особенно трудно поддерживать бодрствование ночью — у него возникли тяжесть и боль в веках, он стал терять интерес к продолжению эксперимента. К концу опыта пресса и телевидение подогрели у него этот интерес, и через 11 суток после начала опыта Ренди провел свою последнюю пресс-конференцию, на которой смог вырезать из дерева прелестную фигурку.
Когда его спросили, как ему удалось установить новый мировой рекорд по отсутствию сна, он ответил: «Это была победа духа над материей». Он не спал 264 часа 12 минут и после этого погрузился в глубокий сон в лаборатории по изучению сна военно-морского госпиталя в Сан-Диего. Проспав 14 часов 40 минут, он был практически здоров.
Рэнди Гарднер потерял почти 90 часов сна, но после опыта он проспал всего на 7 часов дольше, чем обычно. За счет каких фаз сна произошло это поразительно эффективное восстановление? На этот вопрос ответили еще 1959 году, исследуя другого рекордсмена.
Одним из первых рекордсменов по полному отсутствию сна в условиях эксперимента был радиокомментатор из Нью-Йорка Петер Трипп. В 1959 году он не спал в течение восьми суток — 201 час. Уже после третьих бессонных суток его стали преследовать кошмары и наблюдались провалы памяти. Чернильные пятна и отблески света на письменном столе он принимал за насекомых, а студия казалась ему сплошь заполненной кроликами.
После ста часов без сна Трипп был на грани безумия. Он забыл свое имя, свою профессию и место, где находится. Ему казалось, что из ящиков письменного стола вырываются языки пламени, а врач, на котором был вельветовый костюм, показался ему облепленным волосатыми гусеницами. Он избавился от своих кошмаров только после того, как проспал 13 часов подряд. Общая продолжительность быстрого сна по сравнению с продолжительностью его в обычном сне увеличилась втрое.
Продолжительность глубокого медленного сна по времени увеличилась почти вдвое — именно он усиливал интенсивность сна. Когда испытуемых избирательно лишали быстрого сна, то в восстановительный период мозг стремился как бы наверстывать его предыдущее отсутствие. Но это происходило не у всех и, возможно, было связано с особенностями личности испытуемых.
Избирательно лишить человека медленного сна невозможно — слишком большой процент времени сна он занимает.
Когда читаешь о людях мало или совсем не нуждающихся во сне, трудно поверить, что это «цивилизация украла у них 16 часов сна в сутки». Известно, что Петр Первый, Фарадей, Наполеон, Бехтерев и многие другие великие и знаменитые спали всего по 4—5 часов в сутки, сохраняя огромную работоспособность.
Маргарет Тэтчер, будучи премьер-министром, спала всего 4 часа. Столько же тратит на сон Мстислав Ростропович. Известный путешественник Федор Конюхов в экстремальных условиях превысил все рекорды бодрствования. Во время кругосветного путешествия яхтсменов-одиночек решили провести эксперимент «Sleep study, задачей которого было определить тот минимум сна, без которого человек не сможет находиться в тех ситуациях, когда требуется полная отдача сил и максимальная концентрация внимания.
На старте в порту Чарльстон (Южная Каролина, США) на руке каждого яхтсмена был закреплен специальный датчик с микрочипом в виде наручных часов. После первого этапа гонки из 16 яхт осталось 9. Среди них — два наших судна: Федора Конюхова и Виктора Языкова. Протяженность второго этапа гонки Кейптаун (Южная Африка) — Окленд (Новая Зеландия) 7 тысяч морских миль. Яхтсмены спали не более 5—6 часов в сутки, но никто даже не смог приблизиться к рекорду Конюхова, на протяжении всей регаты спавшего по 10—15 минут каждые 2 часа. В общей сложности на сон у него уходило в сутки 3—3,5 часа. После путешествия он был в хорошей форме.
Люди делятся на тех, кто помнит свои сновидения и кто не помнит. Среди запоминающих бывают и такие, кто видит во сне, что не спит. Их считают страдающими ложной бессонницей. Известно немало подобных случаев, и о самом тяжелом рассказывал один из исследователей патологии сна — Питер Хори, руководитель дартмутской лаборатории сна в Ганновере (штат Нью-Хэмпшир). Один студент из Дартмута спал каждую ночь по 8 часов, но в течение всех периодов быстрого сна ему снилось, что он бодрствует. Утром он вставал совершенно разбитый.
Другой случай. В лабораторию обратилась женщина 70 лет, уверявшая, что за всю жизнь не спала более 4 часов за ночь. Оказалось, что сон этой женщины необычайно продуктивен. Ее мозг очень быстро достигал стадий 3 и 4 медленного сна. Затем, примерно через полтора часа, мозг сразу же на короткий период вступал в быстрый сон. Потом снова — глубокий медленный сон и за ним — быстрый. И пробуждение. Так как ее мозг молниеносно «проскакивал» предварительные 1 и 2 стадии, ей не требовалось более 4 часов сна. Она была совершенно здорова.
Иногда человек плохо спит много лет, хотя причины, вызвавшие у него бессонницу, давно исчезли. Это — «функционально автономная» бессонница. В свое время по причинам психологического или органического характера человек с трудом засыпал. В результате ночь для него стала мучением, с ее наступлением он боялся не заснуть и не засыпал именно оттого, что боялся. Постель, подушка, ночник и другие предметы спальни ассоциировались у него не со сном, а с напряженностью и страхом. Подобные страдальцы хорошо спят в незнакомой обстановке.
Есть великое множество причин, мешающих заснуть. Говорят, сколько голов — столько разновидностей бессонницы. Возможно, не спится потому, что мозг плохо усваивает серотонин, этот «усыпляющий нектар», а возможно, нарушен процесс образования серотонина из триптофана, вещества, содержащегося в молоке, сыре, мясе. Поступив с пищей в организм человека, триптофан всасывается в кровь и в мозгу превращается в серотонин. Всем известно, что голод мешает уснуть, а сытого клонит ко сну. Но если уснуть удалось голодному, то народное наблюдение утверждает, что кто спит — тот обедает, так как на какое-то время сон заглушает голод.
Бывает, что в период, предшествующий переходу в медленный сон, происходит непроизвольное вздрагивание, «коленки подскакивают к подбородку» и тогда сон «улетает», а взбодренный вздрагиванием потом долго не может уснуть.
Бессонница может быть следствием постоянной боли или причин психологического характера. «Маленькие дети не дают спать, а от больших сам не уснешь». Кто из родителей взрослых детей этого не знает? Или когда к несчастному, лишившемуся сна, можно отнести слова поэта А.Н. Апухтина:
Тогда ничего другого не остается, как прибегнуть к снотворным. А они, как правило, подавляют ту или иную фазу сна (естественных снотворных пока ведь еще не создали).
Верить ли сообщениям о людях, вообще не спящих? Если они и существуют, то их очень мало, считанные единицы во всем мире. В свое время приходилось читать о двух хорошо документированных случаях, когда люди совсем не нуждались во сне. Один — итальянский крестьянин, другой — житель Австралии. Их испытывали в лабораториях сна и убедились, что они действительно никогда не спят.
Были также сообщения об уникальных математических способностях у мало- или вообще не спящих. Например, о бельгийце Жорже Мазюи, за 30 секунд извлекавшем в уме корень сорок седьмой степени. Обычно на это уходит 10—12 часов. Когда ему было 38 лет, он стал плохо спать и занимал ночные часы математическими упражнениями. Последующие 30 лет он спал по 2 часа в сутки. Был он служащим таможни.
В конце 1960-х годов сообщалось также и о югославском крестьянине, получившем в детстве черепно-мозговую травму, после нее переставшем спать и проявившем большие способности к математике.
В журнале «Русская старина» 1886 года рассказывалось о приближенном императрицы Елизаветы Петровны, который бодрствовал круглые ночи напролет у ее покоев, чтобы вовремя предупредить об опасности. Днем 10—15 минут дремоты в тихом углу возвращали ему силы.
источник
Все за сегодня
Политика
Экономика
Наука
Война и ВПК
Общество
ИноБлоги
Подкасты
Мультимедиа
Общество
Почему мы не можем обойтись без сна?
Работающая в новенькой лаборатории в Японии международная команда специалистов пытается понять, что заставляет нас отправляться в мир грез
Цукуба, Япония. Воздух за пределами здания Международного Института Интеграционной медицины сна наполнен тягучим сладким ароматом османтуса (лиственный кустарник — прим. Newочём), а между ветвями кустарников плетут свою паутину крупные золотистые пауки. Неподалеку от главного входа двое мужчин в защитных касках негромко переговариваются между собой, параллельно измеряя пространство и нанося клей на серую стену. Здание настолько новое, что они до сих пор не успели развесить указатели.
Институту всего пять лет, а зданию — и того меньше, но в учреждении уже трудятся около 120 исследователей из разных областей науки (от пульмонологии до химии) и стран (от Швейцарии до Китая). Оно находится в часе езды к северу от Токио. Благодаря выделенному японским правительством гранту и прочим источникам финансирования на базе Цукубского университета директор института Масаши Янагисава создал место для изучения вопросов биологии сна, а не причин и лечения связанных с ним человеческих проблем, как это обычно бывает. Лаборатории набиты аппаратурой, вокруг тихие служебные помещения с погруженными в дрему мышами и множество просторных рабочих кабинетов, соединенных спиральной лестницей. Здесь сосредоточено огромное количество ресурсов, которые должны помочь найти ответ на вопрос — почему же живые существа нуждаются во сне?
Спросите об этом ученых — и вы точно услышите в их голосах смесь восхищения и смущения. В каком-то смысле универсальность сна действительно потрясает воображение: в разгар ожесточенной борьбы за выживание, на протяжении миллиардов лет кровопролития, смерти и ужаса бесчисленное количество живых существ укладывалось на ночь для славного долгого периода забытья. Не особо похоже, чтобы это помогало выжить для еще одного дня борьбы. «Звучит безумно, но все так и есть», — говорит Тарья Поркка-Хайсканен из Хельсинского университета, ведущий специалист по биологии сна. Тот факт, что настолько рисковая привычка оказалась до такой степени широко распространенной, позволяет предположить, что процессы, происходящие в нашем организме в этот период, чрезвычайно важны. В чем бы ни заключалась польза сна, он стоит того, чтобы снова и снова рисковать ради него жизнью.
Конкретные преимущества сна по-прежнему остаются загадкой, привлекающей внимание многих биологов. Одним дождливым вечером группа ученых, собравшихся в традиционном японском баре в Цукубе, смогла продержаться всего полчаса без разговоров о сне. «Даже обычным медузам приходится спать дольше после того, как их в научных целях лишали сна», — изумляется один из них, ссылаясь на новую статью об эксперименте, в ходе которого крохотных созданий постоянно опрыскивали водой, чтобы не дать им вырубиться. «А исследование голубей — вы читали работу по голубям?» — спрашивает кто-то из собравшихся. Там что-то необыкновенное творится, соглашаются его коллеги. На столе остывают тарелки с темпурой из морепродуктов во фритюре с овощами, забытые в пылу обсуждения научных загадок.
Контекст
Британские ученые: сон на свету ведет к ожирению
Дневной сон в офисе становится нормой
Вам приснился кошмарный сон?
Сон: забыть, чтобы лучше помнить
Биологи называют эту потребность «давлением сна»: засидитесь допоздна, и сонливость начнет одолевать вас. Чувствуете себя вялым по вечерам? Разумеется — ваша дневная активность способствовала появлению давления сна. Но, как и в случае с темной материей, это понятие обозначает процесс, природу которого мы так и не научились понимать. Чем больше времени тратится на изучение давления сна, тем больше оно напоминает загадку из произведений Толкиена: что возрастает по мере бодрствования днем и исчезает во время сна ночью? Это какой-то таймер? Молекула, которая накапливается каждый день и должна быть выведена из организма? Метафорическая сумма часов, укрытая в каком-то из отделов нашего мозга в ожидании того, чтобы каждую ночь быть стертой из памяти?
«Что настолько важно, что вы готовы пойти на риск быть съеденным, не есть самому… ради этого?— размышляет Янагисава вслух в своем просторном, залитом солнцем офисе в здании института. — Что можно назвать физическим эквивалентом состояния сна?»
Биологические исследования давления сна начали проводиться более столетия назад. В одном из наиболее известных экспериментов французский ученый поддерживал собак в состоянии бодрствования более 10 дней. Затем он откачал жидкость из их мозгов и ввел ее нормальным, выспавшимся собакам, которые, в свою очередь, тут же уснули. В жидкости содержался какой-то компонент, вырабатывавшийся в период депривации сна и заставивший псов из контрольной группы тут же уснуть. В научном сообществе тут же началась гонка за таинственным ингредиентом — маленьким помощником Морфея, активатором сна. Конечно, природа гипнотоксина, как его назвал французский ученый, смогла бы пролить свет на вопрос о том, почему животные тут же испытали сонливость.
В первой половине 20 века другие исследователи начали подсоединять электроды к черепам подопытных в попытке подглядеть, что же творится в их спящем мозге. Используя электроэнцефалограф (ЭЭГ), они обнаружили, что мозг не только не пребывает в «отключке», но, напротив, располагает четким графиком действий на период сна. Когда глаза человека закрыты, а дыхание становится более глубоким, яростные росчерки энцефалографа сменяются на неожиданно длинные, плавные волны ранней стадии сна. Спустя 35-40 минут, когда метаболизм подопытного замедляется, а дыхание становится размеренным, мозг словно переключается на другой режим — волны становятся ниже и чаще: это символизирует начало стадии быстрого сна, или БДГ-фазы («быстрые движения глаз» — прим. Newочём) — времени, когда мы видим сны. (Один из исследователей, впервые начавших изучать БДГ, обнаружил, что, наблюдая за движением глаз под веками, он мог предсказать время пробуждения ребенка — хотя он и использовал это знание как забавный фокус на случай вечеринок, чем неизменно восхищал матерей «подопытных»). Спящие люди вновь и вновь проходят через одинаковые стадии цикла, а в конечном счете просыпаются в конце финальной БДГ-фазе — с головой, набитой воспоминаниями о крылатых рыбах и забытых песнях.
Давление сна меняет периодичность и интенсивность мозговых волн. Чем больше подопытный нуждается во сне, тем выше становятся волны во время фазы медленного сна, предшествующей БДГ-стадии. Этот феномен был отмечен у всех живых существ, участвовавших в экспериментах с применением электродов и подвергавшихся депривации сна, включая птиц, морских котиков, кошек, хомяков и дельфинов.
Если вам нужно доказательство того, что сон — со своей сложной многоэтажной структурой и тенденцией забивать вашу голову всякой бессмыслицей — это не какое-нибудь пассивное состояние «сохранения энергии», просто задумайтесь: золотистые хомяки часто просыпаются во время гибернации (зимней спячки) — чтобы вздремнуть. Что бы они ни получали от сна, этот загадочный компонент явно недоступен им в период спячки. Несмотря на то, что почти все процессы в их организме существенно замедлены, в них по-прежнему генерируется давление сна.
«Что я хотел бы узнать, так это почему эта разновидность мозговой активности настолько важна?» — задается вопросом Каспер Вогт, исследователь из института в Цукубе. Он указывает на монитор своего компьютера, на котором отражаются данные эксперимента по выжиганию нейронов у спящих мышей: «Что настолько важно, что вы готовы пойти на риск быть съеденным, отказаться от пищи, размножения… отказаться от всего этого ради сна?»
Поиски гипнотоксина не были безуспешными. Обнаружился целый ряд веществ, которые демонстрировали очевидную способность вызывать сон, в том числе молекула под названием «аденозин», которая, похоже, формируется в определенных участках мозга бодрствующих крыс, а затем расходуется во время сна. Аденозин в особенности интересен тем, что кофеин, по-видимому, действует именно на аденозиновые рецепторы. Как только кофеин связывается с ними, аденозину это уже не удается, благодаря чему кофе и обладает бодрящими свойствами. Но изучение гипнотоксинов полностью не объяснило отслеживание организмом давления сна.
Например, если аденозин действует в момент перехода от бодрствования ко сну, то откуда он берется? «Никто не знает», — отмечает ученый Майкл Лазарус, изучающий аденозин. Некоторые считают, что аденозин вырабатывается нейронами, другие же полагают, что за его выработку отвечает иной класс клеток мозга. Единодушия нет. В любом случае, по мнению Янагисавы, «речь не идет о его запасании». Другими словами, не похоже, что эти вещества хранят в себе информацию о давлении сна. Они всего лишь являются ответом на него.
Вызывающие сон вещества могут быть результатом процесса образования новых связей между нейронами. Исследователи сна из Висконсинского университета Кьяра Чирелли и Джулио Тонони полагают, что формирование таких связей или синапсов — это то, чем занят наш мозг, пока мы бодрствуем. И, возможно, пока мы спим, мозг избавляется от неважных данных, удаляя воспоминания и образы, которые не подходят к остальным или же не нужны для понимания мира. «Сон — это способ избавиться от воспоминаний полезным для мозга образом», — утверждает Тонони. Другая группа исследователей обнаружила белок, который, взаимодействуя с редко используемыми синапсами, вызывает их разрушение. И одним из условий этого процесса может быть высокий уровень аденозина. Возможно, такие чистки случаются как раз во время сна.
То, как именно это происходит, все еще вызывает много вопросов. В поисках сути самого сна и существования давления сна исследователи рассматривают проблему с разных сторон. Группа ученых из Цукубского института, возглавляемая Ю Хаяси, в рамках своих экспериментов вызывает разрушение определенной группы клеток мозга мышей. Эта процедура может иметь поразительный эффект. Лишение мышей непосредственно быстрой фазы сна путем повторного беспокойства их в момент, когда они готовы погрузиться в него (примерно то же, что происходит с родителями плачущих младенцев), вызывает серьезное «давление быстрой фазы сна», которое мышам приходится компенсировать в следующий сон. Но без этого особого набора клеток мыши могут пропустить стадию БДГ без необходимости спать дольше позднее. Отдельный вопрос — как именно это отражается на мыши. Команда ученых изучает влияние БДГ-фазы на показатели жизнедеятельности мышей с помощью когнитивных тестов. Но этот эксперимент основан на предположении о том, что эти клетки или же нейронные сети, частью которых они являются, могут хранить информацию о давлении сна, когда речь идет о сновидениях.
Статьи по теме
Как Луна влияет на наш сон
Еда, секс и сон: люди просто обычные животные?
Сон: забыть, чтобы лучше помнить
Вам приснился кошмарный сон?
Дневной сон в офисе становится нормой
Британские ученые: сон на свету ведет к ожирению
В настоящее время Янагисава и его коллеги работают над большим проектом, цель которого — определить гены, отвечающие за сон. К каждой мыши, получившей вещество, вызывающее мутацию, прикрепляют датчики ЭЭГ, и пока та видит сны, свернувшись в гнезде из деревянной стружки, машины записывают мозговые волны. На сегодняшний день более 8 000 мышей успели поспать под наблюдением.
Если мышь спит странно (часто просыпается или спит слишком долго), исследователи начинают подробно исследовать ее геном. Если обнаруживается мутация, которая может быть причиной нарушений, ученые с помощью генной инженерии создают мышь с такой мутацией и затем изучают, почему у неё нарушается сон. Многие выдающиеся исследователи проводили эксперименты с плодовыми мушками и добились впечатляющего прогресса. По сравнению с мушками мышей гораздо дороже содержать, но к ним можно прицепить датчики ЭЭГ, прямо как к человеку.
Несколько лет назад исследователи обнаружили мышь, которая, казалось, постоянно находилось под давлением сна. Данные электроэнцефалограммы показывали, что она пребывает в состоянии сонного истощения. Созданные с аналогичной мутацией мыши демонстрировали те же симптомы. «У мутанта во время сна было больше высокоамплитудных мозговых волн, чем нормальных. Мышь была лишена сна все время», — рассказывает Янагисава. Мутация была в гене, названном SIK3. Чем дольше мутировавшая мышь бодрствует, тем больше химических тегов накапливает белок SIK3. Ученые опубликовали свое исследование о мутациях гена SIK3, а также другой мутации «сонного» гена в Nature в 2016 году.
Хотя не до конца ясна связь гена SIK3 с сонливостью, тот факт, что теги накапливаются на ферменте, как песчинки, высыпающиеся на дно песочных часов, приводит исследователей в восторг. «Сами мы убеждены, что ген SIK3 играет одну из ключевых ролей», — говорит Янагисава.
По мере того, как ученые погружаются в загадочную темноту природы сна, эти открытия, подобно лучам фонаря, освещают им путь. Как они связаны и каким образом могут соединиться в единую картину, пока не понятно.
Исследователи удерживаются за надежду, что ясность наступит, может быть, не через год и не через два, но однажды, и быстрее, чем вы можете себе представить. А на верхнем этаже Международного института интеграционной медицины сна мыши занимаются своими делами, просыпаются и спят в выстроенных ряд за рядом пластиковых коробках. В их мозге, как и в нашем, спрятана тайна.
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
источник
Почему мы не можем обойтись без сна?
Цукуба, Япония. Воздух за пределами здания Международного Института Интеграционной медицины сна наполнен тягучим сладким ароматом османтуса (лиственный кустарник — прим. Newочём), а между ветвями кустарников плетут свою паутину крупные золотистые пауки. Неподалеку от главного входа двое мужчин в защитных касках негромко переговариваются между собой, параллельно измеряя пространство и нанося клей на серую стену. Здание настолько новое, что они до сих пор не успели развесить указатели.
Институту всего пять лет, а зданию — и того меньше, но в учреждении уже трудятся около 120 исследователей из разных областей науки (от пульмонологии до химии) и стран (от Швейцарии до Китая). Оно находится в часе езды к северу от Токио. Благодаря выделенному японским правительством гранту и прочим источникам финансирования на базе Цукубского университета директор института Масаши Янагисава создал место для изучения вопросов биологии сна, а не причин и лечения связанных с ним человеческих проблем, как это обычно бывает. Лаборатории набиты аппаратурой, вокруг тихие служебные помещения с погруженными в дрему мышами и множество просторных рабочих кабинетов, соединенных спиральной лестницей. Здесь сосредоточено огромное количество ресурсов, которые должны помочь найти ответ на вопрос — почему же живые существа нуждаются во сне?
Спросите об этом ученых — и вы точно услышите в их голосах смесь восхищения и смущения. В каком-то смысле универсальность сна действительно потрясает воображение: в разгар ожесточенной борьбы за выживание, на протяжении миллиардов лет кровопролития, смерти и ужаса бесчисленное количество живых существ укладывалось на ночь для славного долгого периода забытья. Не особо похоже, чтобы это помогало выжить для еще одного дня борьбы.
«Звучит безумно, но все так и есть», — говорит Тарья Поркка-Хайсканен из Хельсинского университета, ведущий специалист по биологии сна.
Тот факт, что настолько рисковая привычка оказалась до такой степени широко распространенной, позволяет предположить, что процессы, происходящие в нашем организме в этот период, чрезвычайно важны. В чем бы ни заключалась польза сна, он стоит того, чтобы снова и снова рисковать ради него жизнью.
Конкретные преимущества сна по-прежнему остаются загадкой, привлекающей внимание многих биологов. Одним дождливым вечером группа ученых, собравшихся в традиционном японском баре в Цукубе, смогла продержаться всего полчаса без разговоров о сне.
«Даже обычным медузам приходится спать дольше после того, как их в научных целях лишали сна», — изумляется один из них, ссылаясь на новую статью об эксперименте, в ходе которого крохотных созданий постоянно опрыскивали водой, чтобы не дать им вырубиться.
«А исследование голубей — вы читали работу по голубям?» — спрашивает кто-то из собравшихся. Там что-то необыкновенное творится, соглашаются его коллеги. На столе остывают тарелки с темпурой из морепродуктов во фритюре с овощами, забытые в пылу обсуждения научных загадок.
В частности, потребность восполнять сон, замеченная не только среди медуз и людей, но и у других представителей животного мира — один из основных инструментов, используемых исследователями при изучении более масштабной проблемы сна. Вопрос о том, зачем нам эта необходимость во сне, считается ключом к пониманию его эффектов.
Биологи называют эту потребность «давлением сна»: засидитесь допоздна, и сонливость начнет одолевать вас. Чувствуете себя вялым по вечерам? Разумеется — ваша дневная активность способствовала появлению давления сна. Но, как и в случае с темной материей, это понятие обозначает процесс, природу которого мы так и не научились понимать. Чем больше времени тратится на изучение давления сна, тем больше оно напоминает загадку из произведений Толкиена: что возрастает по мере бодрствования днем и исчезает во время сна ночью? Это какой-то таймер? Молекула, которая накапливается каждый день и должна быть выведена из организма? Метафорическая сумма часов, укрытая в каком-то из отделов нашего мозга в ожидании того, чтобы каждую ночь быть стертой из памяти?
«Что настолько важно, что вы готовы пойти на риск быть съеденным, не есть самому… ради этого? — размышляет Янагисава вслух в своем просторном, залитом солнцем офисе в здании института. — Что можно назвать физическим эквивалентом состояния сна?»
Биологические исследования давления сна начали проводиться более столетия назад. В одном из наиболее известных экспериментов французский ученый поддерживал собак в состоянии бодрствования более 10 дней. Затем он откачал жидкость из их мозгов и ввел ее нормальным, выспавшимся собакам, которые, в свою очередь, тут же уснули. В жидкости содержался какой-то компонент, вырабатывавшийся в период депривации сна и заставивший псов из контрольной группы тут же уснуть. В научном сообществе тут же началась гонка за таинственным ингредиентом — маленьким помощником Морфея, активатором сна. Конечно, природа гипнотоксина, как его назвал французский ученый, смогла бы пролить свет на вопрос о том, почему животные тут же испытали сонливость.
В первой половине 20 века другие исследователи начали подсоединять электроды к черепам подопытных в попытке подглядеть, что же творится в их спящем мозге. Используя электроэнцефалограф (ЭЭГ), они обнаружили, что мозг не только не пребывает в «отключке», но, напротив, располагает четким графиком действий на период сна. Когда глаза человека закрыты, а дыхание становится более глубоким, яростные росчерки энцефалографа сменяются на неожиданно длинные, плавные волны ранней стадии сна.
Спустя 35-40 минут, когда метаболизм подопытного замедляется, а дыхание становится размеренным, мозг словно переключается на другой режим — волны становятся ниже и чаще: это символизирует начало стадии быстрого сна, или БДГ-фазы («быстрые движения глаз» — прим. Newочём) — времени, когда мы видим сны. (Один из исследователей, впервые начавших изучать БДГ, обнаружил, что, наблюдая за движением глаз под веками, он мог предсказать время пробуждения ребенка — хотя он и использовал это знание как забавный фокус на случай вечеринок, чем неизменно восхищал матерей «подопытных»). Спящие люди вновь и вновь проходят через одинаковые стадии цикла, а в конечном счете просыпаются в конце финальной БДГ-фазе — с головой, набитой воспоминаниями о крылатых рыбах и забытых песнях.
Давление сна меняет периодичность и интенсивность мозговых волн. Чем больше подопытный нуждается во сне, тем выше становятся волны во время фазы медленного сна, предшествующей БДГ-стадии. Этот феномен был отмечен у всех живых существ, участвовавших в экспериментах с применением электродов и подвергавшихся депривации сна, включая птиц, морских котиков, кошек, хомяков и дельфинов.
Если вам нужно доказательство того, что сон — со своей сложной многоэтажной структурой и тенденцией забивать вашу голову всякой бессмыслицей — это не какое-нибудь пассивное состояние «сохранения энергии», просто задумайтесь: золотистые хомяки часто просыпаются во время гибернации (зимней спячки) — чтобы вздремнуть. Что бы они ни получали от сна, этот загадочный компонент явно недоступен им в период спячки. Несмотря на то, что почти все процессы в их организме существенно замедлены, в них по-прежнему генерируется давление сна.
«Что я хотел бы узнать, так это почему эта разновидность мозговой активности настолько важна?» — задается вопросом Каспер Вогт, исследователь из института в Цукубе. Он указывает на монитор своего компьютера, на котором отражаются данные эксперимента по выжиганию нейронов у спящих мышей: «Что настолько важно, что вы готовы пойти на риск быть съеденным, отказаться от пищи, размножения… отказаться от всего этого ради сна?»
Поиски гипнотоксина не были безуспешными. Обнаружился целый ряд веществ, которые демонстрировали очевидную способность вызывать сон, в том числе молекула под названием «аденозин», которая, похоже, формируется в определенных участках мозга бодрствующих крыс, а затем расходуется во время сна. Аденозин в особенности интересен тем, что кофеин, по-видимому, действует именно на аденозиновые рецепторы. Как только кофеин связывается с ними, аденозину это уже не удается, благодаря чему кофе и обладает бодрящими свойствами. Но изучение гипнотоксинов полностью не объяснило отслеживание организмом давления сна.
Например, если аденозин действует в момент перехода от бодрствования ко сну, то откуда он берется? «Никто не знает», — отмечает ученый Майкл Лазарус, изучающий аденозин. Некоторые считают, что аденозин вырабатывается нейронами, другие же полагают, что за его выработку отвечает иной класс клеток мозга. Единодушия нет. В любом случае, по мнению Янагисавы, «речь не идет о его запасании». Другими словами, не похоже, что эти вещества хранят в себе информацию о давлении сна. Они всего лишь являются ответом на него.
Вызывающие сон вещества могут быть результатом процесса образования новых связей между нейронами. Исследователи сна из Висконсинского университета Кьяра Чирелли и Джулио Тонони полагают, что формирование таких связей или синапсов — это то, чем занят наш мозг, пока мы бодрствуем. И, возможно, пока мы спим, мозг избавляется от неважных данных, удаляя воспоминания и образы, которые не подходят к остальным или же не нужны для понимания мира.
«Сон — это способ избавиться от воспоминаний полезным для мозга образом», — утверждает Тонони. Другая группа исследователей обнаружила белок, который, взаимодействуя с редко используемыми синапсами, вызывает их разрушение.
И одним из условий этого процесса может быть высокий уровень аденозина. Возможно, такие чистки случаются как раз во время сна.
То, как именно это происходит, все еще вызывает много вопросов. В поисках сути самого сна и существования давления сна исследователи рассматривают проблему с разных сторон. Группа ученых из Цукубского института, возглавляемая Ю Хаяси, в рамках своих экспериментов вызывает разрушение определенной группы клеток мозга мышей. Эта процедура может иметь поразительный эффект. Лишение мышей непосредственно быстрой фазы сна путем повторного беспокойства их в момент, когда они готовы погрузиться в него (примерно то же, что происходит с родителями плачущих младенцев), вызывает серьезное «давление быстрой фазы сна», которое мышам приходится компенсировать в следующий сон.
Но без этого особого набора клеток мыши могут пропустить стадию БДГ без необходимости спать дольше позднее. Отдельный вопрос — как именно это отражается на мыши. Команда ученых изучает влияние БДГ-фазы на показатели жизнедеятельности мышей с помощью когнитивных тестов. Но этот эксперимент основан на предположении о том, что эти клетки или же нейронные сети, частью которых они являются, могут хранить информацию о давлении сна, когда речь идет о сновидениях.
Самому Янагисаве всегда нравились грандиозные программы: например, исследование тысяч белков и клеточных рецепторов с целью выяснить, за что они отвечают. На самом деле один из таких проектов и привел его в науку о сне около 20 лет назад. После открытия нейромедиатора орексина Янагисава и его коллеги поняли, что отсутствие этого вещества приводит к тому, что мыши постоянно отключаются, потому что засыпают. Оказалось, что орексин отсутствует у людей, страдающих нарколепсией, поскольку их организм не способен синтезировать его. Это открытие послужило толчком к бурному развитию исследований предпосылок болезни.
Надо сказать, что группа химиков Цукубского института сотрудничает с фармацевтической компанией в рамках исследования, которое должно определить потенциал использования синтетического орексина в медицине.
В настоящее время Янагисава и его коллеги работают над большим проектом, цель которого — определить гены, отвечающие за сон. К каждой мыши, получившей вещество, вызывающее мутацию, прикрепляют датчики ЭЭГ, и пока та видит сны, свернувшись в гнезде из деревянной стружки, машины записывают мозговые волны. На сегодняшний день более 8 000 мышей успели поспать под наблюдением.
Если мышь спит странно (часто просыпается или спит слишком долго), исследователи начинают подробно исследовать ее геном. Если обнаруживается мутация, которая может быть причиной нарушений, ученые с помощью генной инженерии создают мышь с такой мутацией и затем изучают, почему у неё нарушается сон. Многие выдающиеся исследователи проводили эксперименты с плодовыми мушками и добились впечатляющего прогресса. По сравнению с мушками мышей гораздо дороже содержать, но к ним можно прицепить датчики ЭЭГ, прямо как к человеку.
Несколько лет назад исследователи обнаружили мышь, которая, казалось, постоянно находилось под давлением сна. Данные электроэнцефалограммы показывали, что она пребывает в состоянии сонного истощения. Созданные с аналогичной мутацией мыши демонстрировали те же симптомы.
«У мутанта во время сна было больше высокоамплитудных мозговых волн, чем нормальных. Мышь была лишена сна все время», — рассказывает Янагисава.
Мутация была в гене, названном SIK3. Чем дольше мутировавшая мышь бодрствует, тем больше химических тегов накапливает белок SIK3. Ученые опубликовали свое исследование о мутациях гена SIK3, а также другой мутации «сонного» гена в Nature в 2016 году.
Хотя не до конца ясна связь гена SIK3 с сонливостью, тот факт, что теги накапливаются на ферменте, как песчинки, высыпающиеся на дно песочных часов, приводит исследователей в восторг. «Сами мы убеждены, что ген SIK3 играет одну из ключевых ролей», — говорит Янагисава.
По мере того, как ученые погружаются в загадочную темноту природы сна, эти открытия, подобно лучам фонаря, освещают им путь. Как они связаны и каким образом могут соединиться в единую картину, пока не понятно.
Исследователи удерживаются за надежду, что ясность наступит, может быть, не через год и не через два, но однажды, и быстрее, чем вы можете себе представить. А на верхнем этаже Международного института интеграционной медицины сна мыши занимаются своими делами, просыпаются и спят в выстроенных ряд за рядом пластиковых коробках. В их мозге, как и в нашем, спрятана тайна.
Оригинал: The Atlantic.
Автор: Вероник Гринвуд.
источник