Как работает ваш мозг. Внутри самого сложного объекта во Вселенной

Строго говоря, термин «сон» применим только к животным со сложными нервными системами. Но все же возможно, что его истоки относятся к периоду зарождения жизни около 4 млрд лет назад, когда первые микроорганизмы меняли свое поведение, реагируя на ночь и день. Нам известно, что современные микроорганизмы, не имея ничего похожего на нервную систему, следуют дневным циклам активности и неактивности, которыми управляют внутренние биологические часы.

У беспозвоночных, например скорпионов, насекомых и некоторых ракообразных, также есть напоминающие сон состояния с чередующимися циклами покоя и активности. Отдыхая, они принимают характерное положение тела, прекращают реагировать на внешний мир, а если их разбудить, позже компенсируют недобранный сон.

Так что некоторые исследователи считают сон частью спектра неактивных состояний, которые встречаются по всему царству животных.

Почему мы и другие животные проводим так много времени во сне, остается загадкой. Как только мы узнаем больше о том, какие преимущества животное получает от похожего на сон состояния, мы сможем дать осмысленный ответ на вопрос, что такое сон и зачем он на самом деле нужен.

Циклы активности

Человеческий сон сопровождается сложными изменениями в мозге. Это можно наблюдать с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ), измеряющей электрическую активность мозга на протяжении времени.

Полежав бодрствуя минут десять или около того, мы вступаем в фазу медленного, или медленноволнового сна (МВС). В зависимости от небольших различий в кривой ЭЭГ МВС делится на три стадии: МВС 1, МВС 2 и МВС 3. Каждая стадия считается все более глубокой.

Пройдя цикл стадий МВС, мы входим в фазу сна с быстрым движением глаз, или быстрого сна (БС). Линии ЭЭГ во время БС показывают состояние, напоминающее бодрствование или дремоту. На этой стадии мы видим большинство наших снов.

Каждый цикл длится около 1,5 часов, а ночной сон обычно состоит из пяти или шести циклов.

В дополнение к изменениям в активности мозга, для сна характерны замедление сердечного ритма примерно на 10 ударов в минуту, падение центральной температуры тела на 1–1,5 °С, а также сокращение движений и ощущений.

Почему мы спим?

Почему мы спим – одна из величайших загадок жизни. Очевидно, это важно для нашего выживания: лабораторные крысы, лишенные сна, умирают в течение месяца, а когда люди не спят несколько дней, у них случаются галлюцинации и эпилептические припадки.

Но объяснение найти не так просто. Если, предположим, нашему телу необходим физический отдых, мы могли бы это делать, оставаясь в сознании. «Почему мы должны были отдаваться на милость хищников по нескольку часов в сутки, не выполняя при этом никакой полезной функции?» – спрашивает Джулио Тонони из Вискосинского университета в Мэдисоне.

В большинстве теорий считается, что сон – это некий вид очистки или «сервисного обслуживания» мозга, но до последнего времени ни одна из них не могла выяснить, что же меняется в мозге во время сна.

Недавно обнаружили «систему канализаций» наподобие лимфатических сосудов, которые спускают переработанные продукты из тканей тела.

Система активизируется, пока мы спим, и предположительно в это время удаляются продукты отходов.

Альтернативные теории предполагают, что задача сна – сохранить энергию или удержать животное подальше от опасности, пока еда недоступна. И, разумеется, возможно, что сон выполняет одновременно несколько функций или даже служит разным целям у разных животных.

Типичный ночной сон включает несколько циклов, в том числе БС и МВС

Рис. 8.1. Циклы человеческого сна

Тонони тем не менее предполагает, что главная функция сна – это не позволить нашему мозгу переполниться воспоминаниями. Смысл в том, что сон нужен, чтобы нейронные связи в мозге за ночь обнулились, освобождая место для формирования новых воспоминаний на следующий день.