Как устроены биологические часы и зачем нам сновидения?

Такой сложный сон

Если вы считаете, что засыпаете и сладко спите всю ночь, то сильно ошибаетесь. На самом деле сон может быть разным, и он состоит из нескольких фаз. Учёные давно пытались выяснить их последовательность и продолжительность, и один из исследователей выявил следующие этапы:

1. Засыпание. На данном этапе могут возникать некоторые галлюцинации или образы, которые обычно связаны с пережитыми за день событиями. Человеку кажется, будто бы он «проваливается» в сон, погружается в него.
2. Далее идёт лёгкий сон, который может длиться от десяти до тридцати минут. В этой стадии человека довольно легко разбудить, ведь его мозг, по сути, ещё не переключился с режима бодрствования полностью и окончательно.
3. Первая стадия медленного сна.
4. Вторая стадия медленного сна. Такая фаза считается наиболее глубокой, человек совершенно не осознаёт свои действия и не отдаёт себе отчёт в том, что происходит. И поэтому именно в этот период некоторые люди начинают разговаривать или проявлять двигательную активность: вставать с кровати или даже перемещаться.
5. Далее идёт стадия быстрого сна, которую некоторые учёные называют «REM». На данном этапе мышцы полностью расслабляются, тело обездвиживается, вероятны лишь периодические непроизвольные сокращения и вздрагивания. В это время спящий видит очень яркие и порой невероятно реалистичные сны. Причём если его разбудить в такие моменты, он будет чётко всё помнить и расскажет сновидение в мельчайших подробностях. А вот проснувшийся на этапе медленного сна о своих ночных приключениях почти ничего не вспомнит.

С момента засыпания до начала быстрого сна обычно проходит около 50-70 минут, и потом эта фаза повторяется примерно каждые полтора часа.

Её продолжительность в первой половине ночи обычно составляет не более десяти минут, но потом она постепенно увеличивается (длительность медленного сна при этом, соответственно, сокращается) и достигает 20-30 минут, а к утру может доходить до часа. Так что самые продолжительные и яркие сны чаще всего снятся именно перед пробуждением.

Быстрый сон занимает примерно пятую часть всего периода сна, то есть можно сделать вывод, что человек расслабляется и полноценно спит всего около шести часов за ночь (при восьмичасовом сне).

Как устроены биологические часы и зачем нам сновидения?

Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук прячется в глубине Ботанического сада, что на Южной трамвайной станции. В минувшие выходные там завершилась большая конференция молодых учёных, посвящённая экологии. Автор IMC Елена Бабушкина побывала на одной из лекций и записала конспект выступления известного учёного-популяризатора, доктора биологических наук, сомнолога, участника проекта «ПостНаука» Владимира Ковальзона

. Уже полвека он исследует физиологию сна, ставит эксперименты, переводит книги зарубежных сомнологов, публикует собственные статьи и очерки, посвящённые сну.

Как устроен сон

За ночь у человека сменяются три-четыре цикла сна – каждый продолжительностью около 90 минут.

Первую часть ночи мы спим медленным сном без сновидений, вторую – быстрым сном, или парадоксальным. Для этого периода характерны полное мышечное расслабление и необычайная активность работы мозга.

Механизмы бодрствования, медленного сна, быстрого сна и косвенно связанный с ними механизм биологических часов изолированы по своим функциональным возможностям. У каждого – собственная эволюционная генетическая история, анатомия, физиология и биохимия. Блоки взаимодействуют между собой, но обособлены. Благодаря этому мы можем работать в ночную смену, а днём отсыпаться.

В период медленного сна активизируется моторика, именно в этом цикле происходит лунатизм.

У маленьких детей парасомния возникает по завершении каждого цикла сна: ребёнок может сесть в постели, начать разговаривать, двигаться. И это нормально. Сохраняясь во взрослом возрасте, лунатизм становится патологией.

Мы видим сновидения во время быстрого сна.

Обычно при этом двигаются только мышцы глаз, а остальные находятся в покое. Однако порой поток импульсов из активных в парадоксальной фазе систем бывает настолько мощным, что пробивает сильнейшее тоническое торможение, направленное на спинной мозг. В результате у кошек могут дёргаться усы, у человека – подрагивать конечности. Возникновение таких процессов (сомнологи называют их фазическими) помогает диагностировать разные заболевания.

Судороги конечностей, крики во сне и другие неадекватные движения могут свидетельствовать о приближающейся болезни Паркинсона.

Это важный для медицины ранний предиктор, позволяющий отодвинуть начало болезни на десять-двадцать лет.

Живые существа реализуют цикличность сна по-разному.

Крупные хищники, которые никого не боятся, или норные животные спят спокойно. У них много быстрого сна, имеющего максимальный порог пробуждения. Попробуйте разбудить человека, когда у него подёргиваются веки – вам вряд ли это удастся.

С другой стороны, у копытных такой возможности нет. У лошади всего полчаса быстрого сна, которые она реализует одномоментно. Медленный сон она переживает стоя, а для быстрого ложится на круп и выдаёт всю суточную квоту необходимого быстрого сна. В стаде спящие лошади размещаются в центре, а по краям стоят охранники, оберегающие спящих от хищников.

Удивительным образом спят ушастые тюлени, котики, морские львы и сивучи. Часть своей жизни они проводят на лежбищах, где размножаются, часть – в море, гоняясь за косяками рыбы. На суше все эти животные спят, как и мы, обоими полушариями одновременно, имеют выраженную фазу быстрого сна с подёргиванием усов и плавников. Однако на воде полушария бодрствуют попеременно, контролируя движения подгребающей во время сна ласты и обращённый на поверхность глаз. Быстрый сон у морского котика редуцирован до секундных фрагментов, а у дельфина, живущего в воде постоянно, он просто отсутствует.

В науке нет задокументированных примеров отсутствия у человека полного сна.

Сомнолог Мишель Жуве описывает лишь один патологический случай, когда к нему на лечение попал человек, подхвативший в Африке вирусную хорею. Помимо высокой температуры и других патологий, за полгода записи энцефалограммы у пациента не было зафиксировано никакого сна. К сожалению, спасти его не удалось.

Зачем мы спим

Эволюция создала состояние медленного сна без сновидений,

чтобы реализовать целый список функций, которые по каким-то парадоксальным причинам не могут быть активизированы в бодром состоянии.

Существует процесс, который в шутку называется «вантузом».

Мириады ионных канальцев, расположенных в нервных клетках, при длительном бодрствовании засоряются. Когда кора головного мозга переходит из состояния бодрствования в состояние медленного сна, меняется электрическая активность, и мощнейшие скачки потенциалов производят прокачку ионных канальцев. На электрическом уровне это выглядит так, будто мы прочищаем раковину.

Во время сна мозг реализует дренажную функцию, избавляясь от уродливых белков.

Гипотеза о синтезе макромолекул основана на том, что некоторые макромолекулы почему-то не могут быть синтезированы во время бодрого состояния – особенно это касается молекул, связанных с обменом холестерина. На уровне нашего тела инактивация уродливых белков, накапливающихся с возрастом, решается с помощью лимфатической системы. Она переносит их в почки и печень, где они разрушаются. Мозг же этой системой обделён, и ненужные молекулы не могут проникнуть в венозные капилляры.

В 2013 году группа датских исследователей в США доказала на примере мышей, что во время медленного сна в головном мозге открываются особые канальцы, через которые уродливые белки эффективно удаляются. Нарушение этого удаления приводит к образованиям бляшек, которые провоцируют развитие старческих заболеваний – болезней Альцгеймера и Паркинсона.

Согласно одной из гипотез, во время сна мозг оптимизирует управление внутренними органами.

У нас нет второго мозга, чтобы заниматься внутренними делами, поэтому в состоянии бодрствования мозг загружен анализом информации, поступающей извне. Времени на кишечник, сердце, печень и почки у него нет. Зато в период медленного сна кора головного мозга переключается и начинает работать с информацией, поступающей от внутренних органов. Те же самые нейроны, что в бодрствовании реагируют на зрительные образы, во сне реагируют на импульсацию, приходящую, например, от кишечника, и управляют им.

Одна из важнейших загадок сомнологии – место, где сохраняется память о сне.

Если вы не выспались, воспоминание об этом будет храниться в динамической памяти в течение многих месяцев, пока потребность не будет удовлетворена. Стереть информацию о недосыпе может только электрошок. И даже в этом случае вы обязательно провалитесь в компенсирующий сон при первой же возможности, когда окажетесь вне давления социума.

Главная задача современного человека – высыпаться.

Если в XIX веке человек засыпал верхом или на телеге, лошадь либо продолжала движение, зная дорогу, либо останавливалась. Что происходит, когда водитель засыпает на доли секунды на скорости в 80-100 километров в час, вы знаете сами. Сейчас все сомнологи мира заняты решением проблемы недосыпа, изучают спонтанное засыпание и чрезвычайную сонливость днём. В Европе даже ходит специальный Wake up bus, агитационный автобус.

Недавно в Европе приняли специальный закон, предписывающий контролировать людей с апноэ сна.

Это заболевание характерно для молодых людей, занятых бизнесом. Они испытывают постоянные стрессы, склонны курить и пить, мало занимаются спортом и однажды начинают храпеть. Во время апноэ кратковременно прекращается лёгочная вентиляция, что чревато недосыпанием и нарушением кровоснабжения мозга. Такие ночи опасны состоянием, когда человеку кажется, что он выспался, а мозг на самом деле не спал.

Если вы знаете подходящего под описание человека – порекомендуйте ему пройти специальное обследование. Апноэ сна эффективно лечится немедикаментозно, при помощи прибора под названием СИПАП (CPAP).

Как работает мозг во время сна и бодрствования

В университетах учат, что главной системой мозга является его кора.

Однако кора нуждается в дополнительной активации: система, обеспечивающая состояние бодрствования, не встроена в неё. Вы можете меня слушать, а я могу выступать перед вами благодаря восходящим влияниям скоплений нервных клеток, расположенных на всём протяжении мозговой оси. В свою очередь, нисходящие влияния этих клеток обеспечивают работу спинного мозга.

Что происходит, когда прерывается нисходящая активация, мы видим на примере Стивена Хокинга.

Он болен БАС – боковым амиотрофическим склерозом. Активация вверх у него в полной сохранности, что демонстрирует его потрясающий мозг, а нисходящая активация исчезла полностью, потому что атрофированы проводящие пути.

Прерывание восходящего активирующего влияния на кору вызывает кому.

Вся наша когнитивная деятельность, способность мыслить, разговаривать, думать и чувствовать связана с этим потоком. Без восходящих влияний кора головного мозга не работает и молчит. Зрение, слух – всё на самом деле является вторичным и работает только в условиях восходящих активаций.

Циклы сна позволяют прогнозировать выход из комы.

В поверхностной коме человек находится без сознания, но его мозг сохраняет цикличность сна. И если ночная полиграфическая запись регистрирует обе фазы сна, медленную и быструю, при правильном лечении больной выйдет из комы с вероятностью в 100 процентов.

Если быстрый сон у больного отсутствует, но сохранился глубокий медленный сон, остаются 30% шансов на выход из комы. А вот если у человека исчезли обе глубокие фазы сна, то шансов на спасение ноль. Как бы хорошо ни билось его сердце, это – живой труп.

Источник активирующего кору импульса был открыт в конце девяностых.

Оказалось, что в области гипоталамуса находятся клетки, вырабатывающие пептид орексин. В нашем гигантском полуторакилограммовом мозгу их совсем немного – всего 70-80 тысяч нейронов. Но они играют важнейшую роль и являются верхним звеном над всеми остальными.

Чередование периодов бодрствования, медленного и быстрого сна обеспечивает меланин-концентрирующий гормон.

Учёные обнаружили его в гипофизе лосося, и первое время считали, что это просто гормон, вызывающий изменение окраски рыбы во время нереста. Через несколько лет оказалось, что это важнейший медиатор в нашем головном мозге и никакого отношения к окраске чешуи, естественно, не имеет.

Нейроны, вырабатывающие меланин-концентрирующий гормон, перемешаны с нейронами, вырабатывающими орексин. Они взаимно тормозят друг друга, обеспечивая чередование циклов бодрствования и сна.

Эволюция сделала процесс засыпания плавным, чтобы животное уцелело во время сна.

Центр сна активируется постепенно, чтобы мы могли повременить, отложить момент засыпания, найти укромное место, закопаться, залезть на дерево, спрятаться в щель, угнездиться и, наконец, заснуть. Механизм работает в передней области гипоталамуса, и многие нарушения сна связаны с нарушениями его функции. К сожалению, снотворные вещества оказывают на него сильное разрушающее воздействие и остаются очень нежелательными.

Сон под воздействием алкоголя приравнивается к медикаментозному.

Он не содержит цикличности и по ряду признаков является патологией. Если здоровому человеку снотворное убивает мозги, то для закоренелого алкоголика это – адекватный метод лечения, позволяющий восстановить разрушенный сон.

В 2001 году в задней части мозга был открыт ещё один центр медленного сна, работающий параллельно с уже известным. Поразительно, но между этими двумя центрами нет прямой связи, они работают независимо. Вопрос его изучения, очевидно, напрямую связан с возникновением и прекращением комы.

Зачем нужны сновидения

Во время сна со сновидениями мозг активен так, как бывает активен в период эмоционального стресса.

Но эта активация странная и отличается от эмоциональной активности в состоянии бодрствования. Когда мы видим сны, не работают никакие сенсорные системы, потому что мы наблюдаем их не глазами, а внутренним взором.

При этом очень сильно активируются эмоциональные механизмы, причём у взрослых они чаще связаны с негативной эмоциональной окраской.

Активируются и механизмы памяти, и процесс этот направлен на извлечение воспоминаний. Пережитый опыт причудливо комбинируется, но обратно в память не поступает. Это неслучайно и хорошо: сны как эволюционный продукт существуют не для того, чтобы их запоминали. Так проявляется феноменально высокая активность мозга во время сна.

Мишель Жуве предполагает, что подобная активность мозга нужна для передачи генетической информации.

Животное, рождаясь, уже очень многое знает и умеет. Возможно, память о поведенческих актах, заложенная в генах, переходит в память нервной системы именно во время быстрого сна. А высокую активацию мозга вызывает очередная перезапись данных, которая сохраняется без выхода во внешний мир.

Существуют три теории появления сновидений: неофрейдистская, трёхмерная модель Хоббсона и нейрокогнитивная.

Они взаимно дополняют друг друга, но наиболее продвинутой является нейрокогнитивная теория Фулкса и Домхоффа. Учёные считают, что сновидения – всего лишь следствие активации зрения во сне. Мозг не может не продуцировать причудливые образы, поскольку мы животные зрительные.

Вербальный отчёт о сне – это психологический феномен.

Люди чаще отчитываются о сновидениях в состоянии эмоционального напряжения. Нечто тревожит их настолько, что прорывается даже во сне. Психологи считают, что нормальный, здоровый человек не испытывает потребности рассказывать о сновидениях.

Странно, что у нас действует запрет на продажу лекарств, но не запрещена пропаганда осознанных сновидений.

Человек обучается каждую ночь программировать необычайные приключения во сне. Это приводит к тому, что сны превращаются в галлюцинации, которые начинают преследовать его и в бодром состоянии. По сути, это наркомания без наркотиков. Возникают психозы, наступает шизофрения.

Как работают биологические часы

Биологические часы – вещь, связанная с механизмами сна и бодрствования очень косвенно.

В 1994 году, когда казалось, что глаза млекопитающих давно изучены вдоль и поперёк, учёные обнаружили там неизвестные элементы, не имеющие никакого отношения к зрению. Они реагируют только на уровень освещённости и сигнализируют не в зрительную систему, а в супрахиазмальные ядра гипоталамуса.

Наличие этих ядер необходимо и достаточно, чтобы биологические часы работали и управляли ритмом целого организма.

Если хомячку удалить супрахиазмальные ядра и подсадить ему ядра донорского хомяка, у которого другой ритм жизни – например, суточная периодичность сна – он тут же начнёт спать один раз в сутки.

Биологические часы – это машина, зашитая в мозг на заре эволюции.

Как атомные часы, она продолжает тикать во всех живых организмах, невзирая на социальные факторы и стресс. Но зато чувствительна к свету.

У большинства людей суточный ход биологических часов составляет не 24 часа, а 25.

Ночные занятия нашего мозга

Итак, что делает мозг во время сна человека?

1. Принятие решений. Да, мозг во сне обрабатывает всю полученную за день информацию и систематизирует её, что помогает после пробуждения быстрее находить правильные решения.
2. Запоминание и структурирование информации. Обычно все данные, полученные за день, откладываются в так называемой кратковременной памяти. И поэтому такая информация в скором времени забывается. Но во сне мозг как бы перемещает её в долговременную память, и поэтому мы запоминаем много важного, причём именно во сне. Кроме того, мозг как бы разбирает все данные, размещает их по полочкам, словно создавая архив. А ещё он связывает новую информацию со старой, полученной ранее. Так что если вы не выспитесь, то ваша способность к запоминанию может снизиться на целых 40%!
3. Избавление от токсинов. Да-да, во сне мозг как бы прибирается в нашем организме, избавляясь от всего вредного и ненужного. И такая удивительная функция была обнаружена в процессе наблюдения за мышами. Во время сна они избавлялись от веществ, которые могли бы повреждать нервные клетки. Достигается это за счёт увеличения пространства между клетками, благодаря чему токсины легко выводятся.
4. Закрепление мышечной памяти. Так как во время сна данные откладываются в долговременной памяти, то это позволяет нам не только запоминать данные, но и закреплять и доводить до автоматизма некоторые моторные навыки, такие как танцевальные движения, удары в спорте, вождение автомобиля.
5. Творческая обработка информации. Доказано, что сон может стимулировать творческую активность. Пока человек спит, в его мозге могут образовываться совершенно неожиданные и интересные ассоциации и связи, что позволяет принимать креативные решения, искать новые альтернативы, а также видеть необычные варианты развития событий. И до всего этого во время бодрствования никто бы не додумался.

Лечение

Если неясная голова появилась из-за недосыпания, и симптом носит временный характер, то достаточно просто отдохнуть и выспаться. При регулярном проявлении данного симптома следует принимать меры, чтобы не возникло осложнений.

В первую очередь нужно обратиться к доктору и выяснить причину ощущения тумана в голове.

Если источником стал астено-невротический синдром, то вылечить его можно с помощью психотерапевтических методов. Но для начала следует исключить все провоцирующие факторы – стрессы, недосыпание, чрезмерную физическую и умственную нагрузку.

Если не снизить влияние этих факторов, то психотерапия и медикаментозное лечение не окажут должного эффекта и не устранят неприятные симптомы.

Лекарства применяются в тяжелых случаях. Эффективными считаются общеукрепляющие, снотворные препараты, антидепрессанты, нейролептики и транквилизаторы.

При симптомах ВСД следует обратиться к специалисту. Этим вопросом занимается терапевт. Для снятия симптоматики применяются различные лекарственные средства – успокоительные, снотворные, для нормализации давления и т. д. Кроме медикаментозной терапии, рекомендуется подкорректировать образ жизни:

• заняться легкими, не соревновательными видами спорта;
• научиться правильно питаться;
• чаще выезжать за город или просто выходить на улицу, совершая длительные пешие прогулки;
• исключить стрессовые факторы;
• научиться ложиться спать и просыпаться в одно и то же время;

Избавиться от туманности в голове при ВСД помогут физиотерапевтические процедуры, иглорефлексотерапия, массаж.

Устранят симптомы невроза препараты, нормализующие деятельность вегетативной нервной системы, а также лекарства с успокоительным эффектом.

При плохом кровообращении в головном мозге, сопровождающемся туманностью в голове, назначается прием препаратов с сосудорасширяющим и ноотропным действием. Лечить патологию на начальной стадии можно без лекарств – с помощью массажа и мануальной терапии.

Лечение шейного остеохондроза направлено на снятие воспалительного процесса и устранение боли. Для этого назначается прием НПВП, блокада нерва, лекарства, нормализующие кровообращение.

Помимо медикаментозной терапии, людям с шейным остеохондрозом рекомендованы физиопроцедуры, лечебная физкультура, массаж, мануальная терапия.

Интересные факты

Несколько интересных фактов о работе мозга во время сна:

• Поговорка «Утро вечера мудренее» на самом деле имеет научные обоснования, так как за ночь мозг перерабатывает, усваивает и систематизирует информацию. Поэтому утром мы встаём со свежей и трезвой головой, многое вспоминаем, понимаем и переосмысливаем.
• Свою таблицу химических элементов Менделеев увидел именно во сне, и это – лишнее доказательство того, что мозг действительно работает ночью.
• С возрастом сны обычно становятся более сложными, их сюжеты порой напоминают запутанные истории из фильмов. И связано это с тем, что человек набирается опыта, и часто некоторые образы и эмоции во время бодрствования его мозгом блокируются, но ночью начинают всплывать в подсознании.
• Сон – это отражение реальности. Причём оно может быть довольно странным, так как мозг по-своему интерпретирует и модифицирует происходящее. А иногда в сновидения всплывает то, что случилось несколько дней или даже месяцев назад. Кроме того, могут проводиться аналогии, связанные не с реальным отношением, а с эмоциями. Например, если вам снится, что вы сдаёте экзамен по предмету, который не выучили, то, вероятно, вы пережили неприятную ситуацию, связанную с невозможностью добиться чего-то или принять верное решение.
• Перед важным событием непременно нужно поспать! Так что ночная подготовка к экзаменам или конференциям – не лучший вариант.
• Учёный Келвин Холл проводил исследования и выяснил, что в снах многие гораздо чаще сталкиваются с неудачами и неприятностями, нежели с победами и успехом. А с возрастом сны наполняются негативом и даже агрессией. Именно поэтому часто добрые сны снятся лишь детям, причём до переходного возраста.

Теперь вы знаете, что сон – это не только приятное, но ещё и полезное и продуктивное занятие.