Голодный мозг. Как перехитрить инстинкты, которые заставляют нас переедать

Экономо решил разобраться в биологических механизмах летаргического энцефалита. С данной целью он провел серию вскрытий мозга умерших от этого заболевания и сделал интересное открытие: у всех пациентов с летаргическим энцефалитом он обнаружил повреждение в области между верхним стволом мозга и нижним передним мозгом, как показано на рис. 40.[137] Это позволило предположить, что в пораженной области находится система возбуждения, которая поддерживает остальные части мозга в состоянии бодрствования.

Рис. 40. Повреждения мозга в результате летаргического энцефалита. Из записей фон Экономо 1926 года. Опубликовано заново в работе Триархоу и соавт. (Brain Research Bulletin 69, 2006: 244). Поврежденная область ограничена пунктирной линией. Штриховкой закрашены повреждения, которые приводили к увеличению времени сна.

За последующую сотню лет наши знания о феномене сна значительно расширились, но тем не менее, открытия Экономо выдержали проверку временем.

В мозге действительно функционирует система возбуждения, которая генерирует состояние бодрствования. Отчасти эта система располагается именно там, где указал фон Экономо.[138] Сегодня мы знаем, что система возбуждения включает в себя несколько компонентов, большинство из которых находятся в области мозгового ствола и гипоталамуса (рис. 41). Компоненты данной системы связывают нервными волокнами большую часть мозга. Через них в мозг поступают такие вещества, как дофамин, серотонин, норэпинефрин и ацетилхолин, поддерживающие нас в бодром состоянии.

Рис. 41. Система бодрствования. Ядра мозгового ствола и гипоталамуса направляют сигнал в разные отделы мозга и поддерживают возбужденное состояние. BF базальный передний мозг, LH латеральный гипоталамус, TMN серобугорное ядро, vPAG вентральное околоводопроводное серое вещество, LDT латеродорсальное тегментальное ядро, PPT педункулопонтийное тегментальное ядро, LC голубое пятно. Из работы Сэйпера и др. (Nature 437, 2005: 1257).

В головном мозге, в гипоталамусе, а именно в вентролатеральной преоптической области также находится комплементарный центр сна. Когда приходит время ложиться спать, вентролатеральная преоптическая область отправляет сигнал различным компонентам системы бодрствования, завершает их работу и позволяет мозгу отключиться от взаимодействия с внешним миром (рис. 42).

Рис. 42. Вентролатеральное преоптическое ядро – центр сна головного мозга. Ядро направляет сигналы к компонентам системы бодрствования, прекращает их работу и вводит в состояние сна. TMN туберомаммилярное ядро, PeF перифорническая область, vPAG вентральное околоводопроводное серое вещество, LDT латеродорсальное тегментальное ядро, PPT педункулопонтийное тегментальное ядро, LC голубое пятно. Из работы Сэйпера и др. (Nature, 437 (2005): 1257).

Клифф Сэйпер, нейрофизиолог и специалист по сну из Гарвардского университета, выяснил, что центр сна и система бодрствования – это своего рода инь и янь состояний сна и возбуждения. Каждая из систем сдерживает другую, то есть в то время как активизируется одна, другая прекращает свою работу. Выпускник Сэйпера Томас Чоу, который помимо прочего получил диплом по электротехнике в Массачусетстком технологическом институте, предложил Сэйперу объяснить работу систем через аналогию с электромеханическим переключателем. Он используется для переключения электрических цепей, позволяя системе находиться в одном из двух доступных состояний, например в состоянии сна или бодрствования, исключая промежуточные стадии. «Это знания из курса по общей электротехнике, – объясняет Сэйпер. – В нашем случае переключатель сменяет состояние сна на состояние бодрствования без явных промежуточных состояний».

Так как сон и бодрствование являются стабильными состояниями, то организму необходим достаточно сильный импульс, чтобы переключить одно состояние на другое, иначе мы бы никогда не смогли заснуть или проснуться. Известно, что если мы слишком мало спим, заняты тяжелой физической или умственной работой, или не ложимся в постель дольше обычного, то чувствуем сонливость и можем начать дремать. Можно предположить, что в мозге аккумулируется некий «сонный» сигнал, и чем дольше мы не спим, чем усерднее работаем, тем сильнее он становится. Сегодня мы полностью уверены в том, что роль этого сигнала выполняет аденозин, который накапливается в мозге в период бодрствования, особенно быстро его концентрация растет при чрезмерных нагрузках на организм. По мере аккумуляции аденозин начинает блокировать систему бодрствования и активировать вентролатеральное преоптическое ядро. В конце концов, когда концентрация аденозина становится достаточной, щелкает переключатель, и мы засыпаем. Во время сна мозг очищается от чрезмерного количества аденозина, и к утру состояние бодрости восстанавливается. Кофеин блокирует действие аденозина.

Здравый смысл подсказывает, что сон является важным восстановительным процессом для мозга и тела. Последние исследования подтверждают это предположение.