Какое полушарие мозга отвечает за сон
Какое полушарие мозга отвечает за сон
История становления и современное состояние проблемы сна и бодрствования подробно изложены в целой серии монографий, опубликованных в последние годы. Мы кратко остановимся лишь на тех аспектах этой проблемы, которые имеют непосредственное отношение к патогенезу паркинсонизма.
Благодаря классическим опытам бельгийского нейрофизиолога Бремера, проведенным в 30-х гг. текущего столетия, было впервые доказано, что механизмы, поддерживающие бодрствование, расположены в стволе головного мозга. При пересечении у кошки ствола мозга на уровне среднего мозга наблюдалась ЭЭГ-картина постоянного сна, при пересечении же мозга на более низком уровне — на уровне первого шейного сегмента — констатировалось типичное чередование ЭЭГ-картины сна и бодрствования.
Наступление поведенческой и ЭЭГ-картины постоянного сна в первом эксперименте объясняли отсечением от полушарий стволовых структур, обеспечивающих бодрствование.
Эти структуры были окончательно идентифицированы в 1949 г. в результате исследований Моруцци и Мэгуна, которыми было показано, что раздражение ретикулярной формации ствола мозга закономерно вызывало пробуждение спящего животного с характерными изменениями на ЭЭГ.
В последующих экспериментах было доказано, что перерезка специфических лемнисковых систем ствола мозга при интактности ретикулярной формации не приводит к подобным изменениям поведения и ЭЭГ. Поведенческая и ЭЭГ-картина сна наступала только при разрушении ретикулярной формации, сконцентрированной в медиальных отделах ствола мозга. Активирующую ретикулярную систему называют также системой пробуждения (arousal system).
Электроэнцефалографическая реакция в виде угнетения медленных волн и появления быстрых низкоамплитудных колебаний с тех пор называется реакцией активации, или реакцией пробуждения (arousal reaction).
По современным представлениям, бодрствование является не однозначным, а сложно градуированным процессом, который может флюктуировать от состояния напряженной бдительности до расслабленного бодрствования, и обеспечивается активирующей восходящей системой, прослеживаемой на всем протяжении ствола мозга и гипоталамуса, с особым сгущением ее нейронов в понто-мезенцефальной области. Наступление естественного сна поначалу объясняли функциональной блокадой активирующих импульсаций с реципрокным облегчением синхронизирующих механизмов зрительного бугра.
Однако большая серия последующих работ привела к существенному изменению и усложнению вышеуказанной схемы.
Помимо таламуса было выявлено наличие еще двух синхронизирующих структур в каудальных отделах мозгового ствола, а также гипногенной системы, расположенной в базальных отделах переднего мозга. Раздражение головки хвостатого ядра приводит к появлению в коре мозга билатерально синхронных вспышек веретенообразных волн, сходных с «сонными веретенами», и поведенческой заторможенности. Этот эффект реализуется через передневентральное ядро таламуса.
Описаны и другие структуры мозга, принимающие участие в механизмах синхронизации. Таким образом, и активирующие, и сомногенные системы мозга представляют собой сложные комплексы мозговых образований, расположенных на разных уровнях мозга и объединенных общей задачей координированного управления базисными состояниями организма. В настоящее время сон рассматривается как сложно организованный активный процесс, состоящий из двух основных фаз — фазы, медленного и фазы быстрого сна.
Основным ЭЭГ-проявлением фазы медленного сна являются синхронизированные корковые потенциалы в виде «сонных веретен» и высокоамплитудных медленных дельта-волн. В зависимости от представленности тех или иных компонентов на ЭЭГ в фазе медленного сна выделяют четыре последовательно наступающие стадии: поверхностный сон (I стадия), легкий сон (стадия «сонных веретен», или II стадия), сон средней глубины (III стадия) и глубокий сон (IV стадия). Последние две стадии иногда называют дельта-сном. Дельта-сон завершает фазу медленного сна, за которой следует фаза быстрого сна.
Что происходит с мозгом во время сна
Мозговая деятельность не прекращается даже во время отдыха. Полных сведений о том, какая часть мозга отвечает за сон, еще нет. Тем не менее, ученые уже могут объяснить большинство нейронных процессов, которые происходят в столь важный для ума и здоровья период.
Как мозг засыпает
Ранее, когда физиология человека еще была совсем не изучена, считалось, что работа мозга во время ночного отдыха постепенно снижается, а потом вовсе приостанавливается. Сейчас, когда было изобретено ЭЭГ, эту теорию оспорили. Оказалось, что мозговая активность не прекращается даже тогда, когда человек отдыхает.
Этот орган отвечает не только за сновидения, но и множество других немаловажных функций, которые выполняет во сне.
Работа мозга во время сна
Человек за день получает огромный объем информации. После засыпания активность головного мозга не прекращается. Он начинает переработку этой информации, ее распределение и переосмысливание. Кроме того, орган выполняет другие функции:
Какой отдел мозга отвечает за сон
Ночной отдых подразделяется на быструю и медленную фазы. Они поочередно сменяются одна другой. Первая, быстрая фаза, при которой во сне активность мозга максимальная, длится всего 5-10 минут. Медленная при этом существенно длиннее, но ближе к утру она постепенно укорачивается, подготавливая таким образом организм к пробуждению.
Активность по фазам сна
В зависимости от фазы сна, мозг спит и ведет себя по-разному. Сразу после засыпания происходит затухание нейронных колебаний, нервные волокна и мышцы расслабляются, замедляется сердцебиение, снижается давление и температура. За погружение в медленный сон при этом отвечает гипоталамус. Он обладает группой нервных клеток, приостанавливающих синтез нейротрансмиттеров. Это передатчики, способствующие распространению импульсов в нервные окончания.
Во время быстрого сна под воздействием холинергических рецепторов возбуждается таламус. За счет этого мозг выполняет те же функции, что и при бодрствовании. Начинается работа мозгового ствола, но трансмиттеры моноамины, направляющиеся в него, остаются пассивными. Соответственно, информация от таламуса к коре органа не поступает.
Детоксикация во сне
В ходе проведения исследований, ученым удалось выяснить, что во время ночного отдыха мозговая деятельность способствует выводу токсинов. Обусловлено это активацией глимфатической системы, которая работает до десяти раз активнее, если человек дремлет.
Когда наступает медленный сон, одно полушарие засыпает, стихают нейронные колебания. Клетки, поддерживающие активность нейронов, при этом уменьшаются в размерах. За счет таких изменений межклеточное пространство увеличивается, а мозговая жидкость начинает вымывать токсины.
Мозг не отдыхает во время сна: что делать
Научно доказано, что мозг, пока мы спим, остается активным. Его работа не прекращается в течение всего ночного отдыха. Хороший сон при этом возможен только при отсутствии каких-либо нарушений.
Ход биологических часов
Биологические часы регулируются различными психофизическими и природными факторами. На их ход влияет смена ночи и дня, усталость, различные патологии, окружающая среда.
В ходе проведения ряда экспериментов учеными было установлено, что ближе к 19:00 в организме начинается интенсивная выработка серотонина, успокаивающего нервную систему и подготавливающего организм к ночному отдыху. Спустя час после этого отмечается улучшение памяти и стабилизация состояния. В это время рекомендуется прогуляться на свежем воздухе.
Ближе к 21:00 концентрация лейкоцитов увеличивается, активируются защитные функции организма и усиленно обновляются клетки. Укладываться в постель нужно именно в это время. Отключить мозг от мыслей, обрести покой и умиротворение в этот период будет легче.
В 22:00 все процессы начинают замедляться, и наступает медленный сон, периодически сменяющийся быстрой фазой. К пробуждению организм подготавливается ближе к пяти утра. Подниматься с кровати рекомендуется в семь часов.
Расстройства сна
При продолжительном бодрствовании, отсутствии отдыха ночью, хронической усталости и развитии патологий наблюдаются определенные расстройства. Иногда при этом человек спит с открытыми глазами, часто просыпается или вовсе не может уснуть. Чтобы устранить подобные проблемы, нужно выявить фактор, провоцирующий подобные изменения.
Самым распространенным нарушением принято считать инсомнию (бессонницу). По причине ее появления организм не может за ночь восстановиться, а мозг не выполняет свои функции в должной мере. Поэтому проблемы с засыпанием нужно устранить.
Поможет нормализовать сон правильная организация режима дня, лекарственные травы и препараты.
Мозговая активность наблюдается в дневное и ночное время. Во время отдыха при этом орган выполняет ряд важных процессов. За счет этого человек лучше запоминает информацию, становится активным и чувствует себя бодрым после пробуждения.
Голова – предмет тёмный, но исследованию подлежит. Что за что отвечает в головном мозге?
Способность дышать и двигаться, чувствовать боль и любить, создавать гениальные творения и совершать зло, подчас не поддающееся объяснению. Благодаря чему всё это возможно? Где скрывается наше «я»?
Как устроен головной мозг человека, как соотносятся его строение и функции, и каковы их особенности?
Попробуем разобраться в некоторых из них.
Существует положение, что чем более проста некая функция, тем точнее место ее локализации в головном мозге. С другой стороны, наиболее сложные функции обеспечиваются слаженной работой всего мозга, в связи с чем понятие «коркового центра» (определённой области коры головного мозга) большей частью относительное и условное.
Внезапно залаяла собака во дворе? Ориентировочный рефлекс в ответ на резкий звук возможен благодаря среднему мозгу. Кроме того, через этот отдел проходят пути, обеспечивающие зрение, слух, способность к движению и бдительности, контроль температуры и ряд других, которыми занимаются другие отделы мозга.
КОРА БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ ИМЕЕТ СЛОЖНОЕ
СТРОЕНИЕ И СОДЕРЖИТ 12-18 МЛРД НЕРВНЫХ
КЛЕТОК И БОРОЗДАМИ ДЕЛИТСЯ НА НЕСКОЛЬКО ДОЛЕЙ
А теперь закройте глаза и коснитесь пальцами кончика носа. Получилось без особого труда, не так ли? Это при том, что в этом плавном действии было задействовано много разных мышц. За координацию, равновесие, нормальные движения спасибо мозжечку.
Сложнее, сложнее
Эмоции, такие эмоции. Без них наша жизнь была бы не такой счастливой (несчастной?). Внутренняя борьба, иногда заставляющая нас сделать то, о чем мы потом пожалеем. Знакомо? Благодарим лимбическую систему. Интересно что это такое? Чуть подробнее о ней (и ее частях).
Беспокоитесь, грустите? А может вам страшно? Это возможно благодаря миндалевидному телу (миндалине). Любопытный факт: с левой миндалиной бывает связано и чувство счастья, а вот у правой «настроение» плохое всегда.
Читайте материал по теме: Билл Гейтс и его синдром Аспергера
И наконец.
Итак, какова ее роль?
Читайте материал по теме: Что происходит с мозгом аутистов?
С лобной долей связана также наша способность к движению (благодаря моторной коре), чёткому и разборчивому письму, артикуляции.
Ассоциативные функции обеспечиваются теменной долей коры. Здесь располагаются области, отвечающие за осязание, чёткие, комбинированные целенаправленные движения, чтение, познавание предметов, явлений, их смысла и символического значения.
Бросается в глаза, что.
Наиболее сложные функции памяти и мышления не имеют чёткого расположения, в их реализации принимают участие различные области мозга.
Почему важно знать, как связаны функция и структура головного мозга?
Диагностика. Представьте: у человека сильно разболелась голова. Спустя несколько минут он уже не смог поднять правую руку, а его речь стала невнятной. У пациента ухудшилось зрение с одной стороны, тогда как офтальмолог патологию со стороны глаз не обнаружил. Или, например, человек перестал понимать обращённую к нему речь.
Читайте материал по теме: Как предотвратить инсульт?
Зная о том, какие отделы в головном мозге отвечают за ту или иную способность, можно предполагать место расположения патологического процесса.
Лечение и реабилитация. Предположим, что в результате повреждения участка головного мозга после инсульта у человека «выпала» какая-то функция. Значит ли это, что теперь она не вернётся? Нет, далеко не всегда.
Благодаря такому свойству мозга, как пластичность, возможно эту функцию восстановить. Говоря простыми словами, под пластичностью можно понимать способность других областей мозга брать на себя функцию повреждённой его части. Однако этим процессом нужно целенаправленно заниматься. Поэтому после инсульта больному бывает необходим курс нейрореабилитации, в процессе которого он заново учится говорить, ходить, обслуживать себя.
Нет. Приведённые выше описания взаимоотношений структуры и функции далеко не исчерпывающие: на деле всё гораздо сложнее и выходит далеко за рамки объёма небольшой статьи.
Сон с точки зрения физиологии
Сон с точки зрения физиологии
Этот краткий обзор посвящен одному из самых привычных физиологических состояний – сну. Большинство из нас не задумываются о роли сна в поддержании хорошего самочувствия до тех пор, пока не столкнуться с его нарушениями.
Правильный циркадианный ритм (цикл сон-бодрствование) обеспечивается взаимным влиянием множества структур нервной системы и специальных вещества-нейромедиаторов, отлаженная работа которых поддерживает хрупкое равновесие этой сложной системы.
Какие основные структуры мозга отвечают за здоровый сон?
Центр бодрствования — ретикулярные ядра моста, улавливают различные стимулы из внешней среды и при достаточной интенсивности внешних сигналов (звонок будильника или яркий солнечный свет) мы просыпаемся.
Главным центром сна является центральное серое вещество среднего мозга, ядра шва, содержащие в себе серотониновые нейроны, которые с помощью одноименного нейромедиатора (серотонина) убирают лишние информационные потоки в мозге, после чего в игру вступают нейроны ГАМК (гаммааминомаслянной кислоты — главного тормозного медиатора ЦНС), которые интенсивно блокируют зрительные, слуховые и прочие стимулы, этот эффект закрепляется специальными структурами — ядрами таламуса.
Таким образом, в ЦНС идет конкуренция систем, отвечающих за сон и бодрствование. Главные центры бодрствования в качестве медиатора используют глутаминовую кислоту, активизирующую работу ЦНС.
В процессе перехода от сна к бодрствованию важную роль, помимо ретикулярной формации, играет голубое пятно — структура, расположенная в передней верхней части моста, активно выделяющая норадреналин. Норадреналин оказывает как тормозное, так и возбуждающее действие на нервную систему, в зависимости от того, на какую структуру мозга происходит воздействие. Для понимания процессов активации ЦНС важно знать, что на центральное серое вещество он действует как тормозный медиатор, таким образом нивелируя “снотворное” воздействие этой структуры на организм. Активация голубого пятна ведет к “пробуждению” нервной системы. Голубое пятно воздуждается в периоды стресса и опасности. Именно эта структура отвечает за бессонные ночи перед экзаменом, собеседованием и другими субъективно тревожными событиями.
Параллельно с этим существует система, распознающая время суток (день/ночь), которая в дальнейшем взаимодействует с центрами сна и бодрствования — супрахиазменные ядра гипоталамуса. Нарушения процессов засыпания и пробуждения после долгих перелетов, так называемый джетлаг, это и есть тот процесс, который требуется этой системе для адаптации к изменению часовых поясов.
Зачем нашему организму нужен сон? В чем его функция?
Достоверно известно, что во время ночного сна синтезируются и высвобождаются важные гормональные вещества, снижается температура тела и сердечный ритм, что способствует общему восстановлению организма.
Мы же сосредоточим внимание на пользе, которую сон оказывает на функции нервной системы.
Одним из ключевых бонусов является сортировка накопленной за день информации на важную и малосущественную и процесс «стирания» последней.
Почему это важно?
Также во время сна активируются те нейроны, которые бездействовали днем, таким образом центральная нервная система настраивает саму себя, чтобы все нервные клетки были в тонусе и готовы приступить к работе в любой момент. Этот механизм также обеспечивает стабильность старых воспоминаний — информации о детстве, школьных и институтских знаниях и т.д.
В целом сон оказывает огромное положительной воздействие на память и нейропластичность — способность к формированию новых нейрональных связей.
Зачем нужна разные фазы сна и сколько их должно быть в норме?
У млекопитающих существует две фазы сна — REM и nonREM.
REM (rapid eye movement — быстрые движения глаз (БДГ)) — фаза сна, во время которой люди видят сновидения, ее также называет фазой парадоксального сна. Сновидения можно назвать побочным продуктом тех восстановительных процессов, которые происходят в головном мозге. Ученые выяснили, что сновидение — по сути галлюцинаторная активность, относящаяся к норме — это не что иное, как попытка нашего мозга составить более-менее связный образ из различных хаотичных сигналов, которые рождаются во время ночного сна в ЦНС.
Что же происходит с организмом во время сновидения? Во время REM сна электрическая активность мозга практически совпадает с той, что наблюдается в период бодрствования, при этом в ЦНС существенно снижена продукция ряда нейромедиаторов: норадреналина, серотонина и гистамина. Также снижается количество глицина и ГАМК, что в совокупности вызывает парализацию скелетной мускулатуры. Именно поэтому в норме, когда во сне человеку представляется, что он бежит, плывет, дерется или выполняет любые другие активные действия, в реальности он неподвижно лежит под одеялом. Из-за сбоев в проведении импульсов и нейромедиаторной активности во время REM фазы сна возникает ряд нарушений: лунатизм — хождение во сне, сонный паралич — ситуации, когда человек проснулся, но не может пошевелиться.
Некоторые исследователи пришли к выводу, что REM сон в большей степени отвечает за нормальное функционирование памяти. Его отсутствие, соответственно, ведет к серьезным мнестико-интеллектуальным нарушениям. Именно во время REM сна происходит повторение важной новой информации, полученной в течение дня.
Что делать, если возникли проблемы со сном?
Казалось бы, неудивительно, что настолько сложно устроенная система периодами дает сбой, что проявляется нарушениями сна. Наверняка каждый человек хоть раз в жизни сталкивался с теми или иными проявлениями бессонницы, возникающими в связи с внешними событиями: волнением перед экзаменом, похмельем после бурного веселья, серьезным стрессом.
Ряд проблем со сном можно решить соблюдением простых правил гигиены.
Как быть, если бессонница беспокоит постоянно?
Когда проблемы возникают краткосрочно (1-2 дня) в этом нет ничего катастрофического.
Но если вы на постоянной основе считаете овечек по вечерам и доходите в своих подсчетах до сотни или вскакиваете раньше будильника с роем мыслей в голове, то ситуация является очень серьезной и требует вмешательства специалиста.
Какими же бывают нарушения сна (инсомния)?
Их разделяют на раннюю, среднюю и позднюю инсомнию — когда человек не может заснуть, спит поверхностным сном в течение ночи и мучается от ранних пробуждений, соответственно.
Нередко бессонница маскирует более существенные проблемы, а точнее, является их следствием.
Очень часто люди, обращающиеся за помощью, рассказывают о том, что перед сном в голову лезут навязчивые мысли — о жизненных проблемах, а иногда и просто какая-то бессвязная ерунда, сердце бешено стучит в груди и учащается дыхание. Это проявления тревоги, которая, в свою очередь, не позволяет уснуть.
Нередко клиенты говорят, что просыпаясь утром намного раньше запланированного, они ощущают «камень на сердце», “ком в горле” и “будто бы кошки скребут на душе”. Обычно подобные симптомы также сопровождаются плаксивостью, фиксацией на тяжелых, грустных мыслях, ощущением, что жизнь кончена, а возникшие проблемы неразрешимы. Все эти признаки указывают на депрессию.
Симптомы тревоги и депрессии являются частой проблемой человека, живущего в современном обществе, особенно если его профессия связана со стрессом и активным общением с другими людьми. Важно помнить о том, что любую проблему правильно решать в зачатке. Психологический дискомфорт, также как и любое заболевание, с течением времени только усугубляется, принимает хронические формы и намного сложнее поддается лечению. Тут уместна аналогия с больным зубом. Если вы регулярно посещаете стоматолога и вовремя решаете проблемы с дефектом эмали, то никогда не столкнетесь с воспалением нерва.
Только психика — это структура намного более хрупкая и тяжело поддающаяся восстановлению.
Нарушения сна и сопутствующие им проблемы требуют грамотного и своевременного лечения. Поэтому призываем вас внимательно отнестись к своему здоровью и при наличии проблем, пройти дигностику у специалиста.
Как устроен механизм сна — и что в нем может сломаться?
Разбираемся, из каких слагаемых состоит здоровый сон
Список снотворных препаратов, которые можно купить в аптеке по рецепту, длинный: барбитураты, бензодиазепины, Z-гипнотики — и это только названия групп лекарств. Но лучшим лечением проблем со сном все еще остаются гигиена сна и когнитивно-поведенческая терапия бессонницы. Снотворное помогает уснуть, но не выспаться. Состояние мозга после приема таблеток не похоже на естественный сон, а бессонница усиливается, а не исчезает. Почему снотворное не работает? Чтобы понять это, нужно сначала разобраться, как работает сон. Тогда сразу станет понятно, и откуда берутся проблемы со сном, и как на них правильно воздействовать.
Проблема в том, что ученые до сих пор не разобрались в механизме сна и даже не могут выделить один главный «центр сна». Чтобы мы могли уснуть, пожить в мире грез и проснуться, в организме 24/7 работает сложная система. Одни ее механизмы действуют параллельно друг другу, другие — связаны теснее и функционируют по цепочке. Представьте фабрику: в одном цехе занимаются белками циркадного ритма, в другом — синтезируют из серотонина мелатонин, в третьем — охлаждают и прогревают тело, в четвертом — активируют или успокаивают нервную систему. Случись в одном отделе забастовка или поломайся оборудование, конечный продукт (сон) станет неправильным. Кособоким или поломанным. Речь не только про проблему с засыпанием: это и про ночные пробуждения, и про дневную сонливость, и про сон, который не приносит отдыха, — то есть и про количество, и про качество сна одновременно.
Отдел медленного и быстрого сна
Кажется, что у нашего организма есть два главных состояния: сон и бодрствование. На самом деле это не так. В этом месте сомнологи часто ссылаются на древнеиндийские трактаты Упанишады, и это правда захватывающая история.
В Упанишадах сказано, что есть бодрствование, когда человек осознает окружающий мир, дрема со сновидениями, где он из увиденного в бодрствовании формирует новый мир, и сон, в котором мы освобождаемся от желаний, тревог уз тела, сливаемся с Брахманом и испытываем блаженство. Эти три формы сознания соединяются в форме сверхсознательного подлинного Я — но его ученые, увы, не нашли. Зато доказали, что мы действительно переживаем первые три состояния как в Упанишадах: бодрствование, глубокий медленноволновой сон (Non-REM-сон, тот, который более всего похож на стандартное представление о сне как об отдыхе организма) и быстрый сон (БДГ-сон, REM-сон, в котором наш мозг работает совсем особенным образом).
Зачем такие сложности? Никто точно не знает. Красивое объяснение смен фаз сна дает британский нейробиолог, профессор Калифорнийского университета в Беркли и автор книги «Зачем мы спим. Новая наука о сне и сновидениях» Мэттью Уолкер: сон — это генеральная уборка в мозге. Лишние воспоминания удаляются, актуальные — проигрываются заново и переносятся из краткосрочной памяти в долгосрочную. Во время медленного сна мозг определяет мусор — ненужные нейронные связи — и удаляет их. Во время быстрого сна мы рефлексируем и укрепляем нейронные связи — возможно, потому и видим сновидения.
Важно, чтобы в нашем сне присутствовали обе фазы. Недостаток быстрого сна делает нас менее способными различать чужие эмоции и регулировать свои — то есть снижает эмоциональный IQ. Интересно, что у детей с аутизмом быстрого сна меньше, чем у детей без этого расстройства (хотя о причинно-следственной связи говорить рано). Избирательное лишение крысят в экспериментах быстрого сна искажало процесс формирования синапсов между нейронами в нервной системе и делало их во взрослом возрасте замкнутыми и депрессивными.
Похожие исследования с депривацией глубокого сна замедлили развитие мозга крысят и сделали их менее социально активными. Что касается сна взрослых людей, то он и без вмешательства ученых неэффективен: к 40 годам человек теряет 60–70% глубокого сна, к 70 годам — 80–90%. Эти цифры не безобидны: вместе с глубоким сном мы теряем способность обучаться и помнить, а еще копим токсичный амилоидный протеин в мозге и из-за этого рискуем заболеть Альцгеймером.
Чтобы испытать влияние депривации той или иной фазы сна, не обязательно ждать до 70 лет. В первой половине ночи мы переживаем медленный сон с короткими промежутками быстрого, во второй — быстрого с вкраплениями медленного. Уснув в полночь и проспав шесть часов вместо положенных восьми, мы теряем не 25% сна, а 60–90% быстрого сна. А уснув в два часа ночи и проснувшись в восемь утра — какую-то долю медленного сна. Быстрый сон также блокируют алкоголь, многие антидепрессанты и — снотворное. Но об этом позднее.
Отдел биоритмов
Каждая наша клетка подчинена биологическим часам, которые регулируют циркадные ритмы. Те адаптируют организм к разным этапам дня. Это не только переключение из режима «сон» на «бодрствование», но и все, что происходит с организмом в течение дня: температура, давление и пульс, как быстро протекает метаболизм и даже хочется есть или нет.
Стоит держать в уме, что вообще-то в биологическом дне человека не 24 часа, а примерно 24 часа: в среднем 24 часа 15 минут. (В среднем — потому что период циркадного ритма отличается от человека к человеку. Так что и с партнером, и с котом мы живем по разному времени, даже если спим в одной постели.) «Внутренние часы» спешат, и мы неизбежно переживаем мини-джетлаг. Каждый день.
Цех супрахиазматического ядра
Над пересечением зрительных нервов в самом центре нашего мозга, в передней доле гипоталамуса, есть небольшой, но важный участок — супрахиазматическое ядро. Все 20 000 его нейронов ежесекундно анализируют световые сигналы и подводят «биологические часы». Даже слепота не мешает супрахиазматическому ядру понимать, день сейчас, вечер или ночь: свет распознают особые нейроны в структуре сетчатки глаза, светочувствительные ганглионарные клетки (pRGC). Полная и частичная слепота чаще всего вызвана повреждением других фоторецепторов глаза, палочек и колбочек, а светочувствительные ганглионарные клетки не затрагивает — поэтому, если глаза на месте, организм знает, день сейчас или вечер.
Цех мелатонина
Сигнал о свете или его отсутствии идет от нейронов супрахиазматического ядра через гипоталамус и спинной мозг в верхний шейный ганглий и эпифиз или шишковидную железу (интересно, что в аюрведе ее называют «чакрой третьего глаза»). Эпифиз синтезирует всем знакомый нейромедиатор серотонин — а после сигнала от верхнего шейного ганглия превращает его в «гормон сна» мелатонин (тот самый, который покупаешь в аптеке без рецепта — только естественный).
Мелатонин не создает состояние сна, а только говорит организму: «Сейчас самое время для этого полезного действия!» Его концентрация плавно возрастает в сумерки, достигает максимума около четырех-пяти утра по местному солнечному времени (около 05:00–06:30 в Москве) — после чего медленно снижается. С рассветом, который дает эпифизу сигнал перекрыть кран с мелатонином, мы просыпаемся.
Достаточно небольшого светящегося предмета мощностью от 8 люксов, чтобы сбить с толку наше супрахиазматическое ядро и задержать синтез мелатонина. Для сравнения: самая скромная лампа накаливания мощностью в 20 Вт или светодиодная в 3 Вт производит 250 люксов.
Цех «циркадных» белков
«Циркадный» ген, period, кодирует белок PER — тот накапливается ночью, разлагается в течение дня и определяет, чувствуем мы себя бодрыми или уставшими. PER-белку помогают два вспомогательных белка, TIM (кодируется геном timeless) и DBT (кодируется геном doubletime). TIM стимулирует накопление PER в организме, DBT — наоборот, блокирует это накопление. Из-за этой взаимной работы или, даже можно сказать, постоянной борьбы TIM и DBT уровень PER в течение суток нестабилен и колеблется — в соответствии с циркадными ритмами. Мутации в PER приводят к проблемам со сном.
Вообще, сегодня известно даже не три «часовых» гена, а 14, и «циркадных» белков тоже больше. Например, белок CRY активируется при освещении и влияет на TIM, TIM — на PER. Взаимодействие этих и подобных им белков формирует наш хронотип — образ жизни в биологические сутки согласно индивидуальному циркадному ритму.
Представьте шкалу с двумя полюсами: на одном конце — «жаворонки», которые рано ложатся и рано встают, на другом — «совы». Большинство людей находятся не на полюсах, а где-то между ними — таких «середнячков» от 60 до 80%. Исследовав это пространство «между», хронобиологи выделили семь хронотипов. (Выяснить свой можно с помощью опросника Munich Chronotype Questionnaire (MCTQ).)
Так что «отдел биоритмов» работает по такой схеме:
Циркадные белки задают общий ритм, то есть хронотип → света нет → светочувствительные ганглионарные клетки успокоились и больше не передают нервные импульсы → супрахиазматическое ядро успокоилось → эпифиз увеличивает секрецию мелатонина → пора спать.
Проблемы со сном, которые возникают в «отделе биоритмов», коррелируют с самыми разными болезнями: депрессией и БАР, диабетом, непереносимостью глюкозы и даже раком. Международное агентство по исследованию рака при ВОЗ уже назвало работу в ночную смену «вероятно канцерогенной». При этом «ночная смена» — просто удобное определение. На самом деле это про всех, кто так или иначе вынужден бодрствовать во время, которое его внутренние часы считают ночью (например, вставать в 6 утра, если вы «сова»), или часто пересекает часовые пояса.
«Циркадные» нарушения сна называют расстройствами циркадного ритма сна (circadian rhythm sleep disorders, CRSD), но диагностировать их сложно. Например, синдром задержки сна (delayed sleep phase syndrome/delayed sleep phase disorder): человек засыпает под утро и чувствует себя уставшим просто потому, что ему пришлось подняться слишком рано по его биологическим часам. Этот синдром связан с генетической мутацией и не мешает жить, если спать, допустим, с 4 до 13 часов. Не-специалист, да и специалист тоже, может перепутать синдром задержки сна с бессонницей.
Отдел торможения и активации
По-настоящему сон рождают нейромедиаторы, тормозящие или активирующие центральную нервную систему. Если «тормозных» медиаторов мало или «активирующих» много, мы долго ворочаемся в постели без сна — даже если не перелетали в другой часовой пояс, вовремя отложили гаджеты и с биоритмами тоже все в порядке.
За процессы активации и торможения отвечают два конкурирующих блока внутри вегетативной нервной системы. Первый блок, симпатическая нервная система, мобилизует организм: заставляет сердце биться чаще, ускоряет метаболизм, расширяет зрачки. Похоже на состояние «бей или беги», верно? Не зря. Стресс — именно тот элемент, который активирует симпатическую нервную систему. Второй блок, парасимпатическая нервная система, готовит нас к отдыху.
Цех норадреналина
Когда сигнал об отсутствии света идет в «цех мелатонина», он проходит через верхний шейный ганглий. Тот не только подает сигнал эпифизу, что пора нажать на кнопку «мелатонин», но и уменьшает синтез нейромедиатора норадреналина. Норадреналин вырабатывается в ответ на стресс вместе с адреналином и кортизолом, что тормозит центры сна и активизирует центральную нервную систему. Это главный медиатор симпатической нервной системы, и поэтому после ссор или накануне важного дня так сложно забыться: все дело в лишней дозе норадреналина.
Цех таламуса
Когда мы забываемся естественным и здоровым сном, а точнее — его глубокой медленноволновой фазой, то не слышим шума машин за окном, не осознаем, холодно или жарко в комнате, и не чувствуем, что легли на руку и отдавили ее. Сигналы сенсорной системы блокируются таламусом — зрительным бугром в центре мозга. Он не пропускает сигналы в кору головного мозга и не дает ей осознанно воспринять их. Грубо говоря, вы слышите — но не слушаете, смотрите — но не видите. Кора головного мозга отдыхает и не концентрируется на мелочах.
Если таламус вышел из строя и его «сенсорные ворота» ночью не закрываются, сон не приходит. Так получается при фатальной семейной бессоннице (FFI, Fatal familial insomnia) — редкой генетической болезни, при которой мутация одного гена превращает нормальные белковые молекулы в инфекционные прионы. В результате атаки прионов на таламусе появляются амилоидные бляшки, он перестает блокировать сенсорные ощущения, больной не может уснуть — и со временем умирает.
Цех орексина
Цех аденозина
Пока мы бодрствуем и расходуем энергию, вспомогательные клетки нейронов головного мозга, астроциты, выделяют аденозин. Каждую секунду не-сна концентрация аденозина растет, пока мы не чувствуем sleep pressure (давление сна): веки слипаются, а челюсть неудержимо рвется зевнуть. Кофеин блокирует чувствительные к аденозину рецепторы, то есть чувство усталости — но не саму усталость и потребность во сне.
Пик концентрации аденозина, после которого мы отключаемся (если только не выпили кофе), наступает через 16–20 часов после пробуждения — то есть, проснувшись в 8 часов утра, вы почувствуете сонливость около полуночи. Пока мы спим, концентрация аденозина падает до минимального уровня. Чтобы организм разобрался с усталостью прошедшего дня и был готов уставать снова, нужно примерно 8 часов сна — то есть уснув в полночь, к 8 утра мы расправились с аденозином и готовы бодрствовать.
Цех ацетилхолина
В нервных окончаниях парасимпатической нервной системы образуется ацетилхолин — медиатор, который снижает уровень возбуждения, когда пора отдохнуть, или, наоборот, тормошит мозг, если тот слишком вялый. Поэтому его воздействие на организм называют нормализующим. Во время глубокого сна концентрация ацетилхолина падает на 50%, в быстром сне — увеличивается до значения вдвое большего, чем при бодрствовании.
Взаимодействие ацетилхолина с другими «цехами» сна выглядит как-то так:
Накапливается аденозин → снижается уровень ацетилхолина → мы засыпаем и погружаемся в глубокий сон.
Во время сна выделяется ацетилхолин → из глубокого сна мы переходим в быстрый.
Выделяется ацетилхолин + выделяется орексин → мы просыпаемся и бодрствуем.
У пациентов с болезнью Альцгеймера концентрация ацетилхолина всегда снижена — поэтому, считают ученые, именно ацетилхолин через сон помогает нам запомнить что-то новое.
Цех ГАМК
Отростки ацетилхолиновых нейронов дотягиваются до гиппокампа и в нем уже сообщают другим нейромедиаторам, что пора бы уже работать или, наоборот, отдохнуть. Так они действуют на гамма-аминомасляную кислоту, нейромедиатор ГАМК — самый важный элемент сна с точки зрения фармакологии: именно его активизируют большинство снотворных.
Когда ГАМК соединяется с соответствующим рецептором в нервной клетке, в клетку проникают отрицательно заряженные ионы хлора. За счет этого клетка «тормозится». ГАМК постоянно гасит действие глутамата и других возбуждающих медиаторов — для 40% клеток нашего организма, так что ее значение огромно. Это происходит не только во сне, но и когда, к примеру, нам нужно сконцентрироваться: нейроны мозга выделяют ГАМК, те тормозят центральную нервную систему, и мы сосредотачиваемся на главном.
Когда ГАМК недостаточно, чтобы затормозить наши движения и эмоции, появляются тревожность и бессонница. С нехваткой ГАМК связаны и синдром дефицита внимания (СДВГ), когда ребенку или взрослому тяжело усидеть на одном месте, и эпилепсия, когда единичная зона мозга перевозбуждается и инициирует эпилептический припадок.
Резюме
Итак, механизм сна — это фабрика. Вместе работа трех отделов — «отдела медленного и быстрого сна», «отдела биоритмов» и «отдела торможения и активации» — превращает наш сон в настоящее предприятие, в котором от работы одного отдела зависят все остальные. Первый отдел отвечает за то, чтобы ночью мы проходили две фазы сна — медленного и быстрого. Второй подстраивает организм под время суток: напоминает, когда нужно уснуть, а когда — проснуться. Третий отдел включает механизмы торможения центральной нервной системы, когда мы устали, и, наоборот, активирует нервную систему, когда мы отдохнули. Или когда испытали стресс — потому-то после нервного дня так тяжело уснуть.