Сон: афера эволюции

Эксперименты на младенцах, или Спать за деньги

Отцом исследования сна считается американский нейрофизиолог Натаниэл Клейтман. Он опроверг популярную теорию гипнотоксина, некоего вещества, накапливающегося в организме в течение дня и якобы ввергающего людей в сон. Клейтман доказал, что человек живет в 24–25-часовом цикле даже в условиях полного отсутствия смены дня и ночи (ученый ставил опыты в подземной пещере и на подлодке, в основном с собственным участием). Быть может, он так и занимался бы суточными ритмами, но однажды в дверь его лаборатории постучался подающий надежды аспирант Юджин Асерински. И этот тандем открыл REM-фазу сна (Rapid eye movement — быстрое движение глаз). В русской традиции эта фаза называется БДГ-сном (быстрый сон, парадоксальный сон).

А начинал Асерински с изучения частоты моргания младенцев. Аспирант заметил, что во время сна глазные яблоки детей под закрытыми веками иногда приходят в движение. Он заинтересовался явлением и решил снять показатели электрической активности мозга во время сна с помощью энцефалографа. (Техника записи поступающих от мозга сигналов появилась в начале ХХ века, когда немецкий нейропсихолог Ханс Бергер стал записывать мозговые волны людей, не спавших, но пребывающих в расслабленном состоянии с закрытыми глазами.)

Вскоре к тандему ученых присоединился Уильям Демент, позже он основал Центр исследований сна и первую лабораторию по изучению сна при Стэнфордском университете. И в 1957 году появилась схема, вошедшая во все мировые учебники физиологии: пять сменяющих друг друга стадий сна. «Сон нам кажется реальностью, — писал Демент, — потому что он реален… Чудо в том, как без всякой помощи со стороны органов чувств мозг воссоздает во сне сенсорную информацию о мире, в котором мы пребываем наяву». «Поспать за деньги» в домашней лаборатории Демента в Нью-Йорке приходили даже девушки из танцевального коллектива Rockettes, чему немало удивлялись жильцы дома, где он жил, — поток красавиц по ночам не иссякал.

Эстафету «сонных экспериментов» перенял психолог Аллан Рехтшаффен. Ученого интересовало, как именно возникают образы снов и можно ли на них повлиять извне. Для этого он фиксировал верхнее веко испытуемого, оставляя глаз наполовину открытым, а когда тот входил в фазу быстрого сна, фонариком показывал на предметы, которые держал перед глазами человека. Но оказалось, что это никак не влияло на содержание сновидения. Отсюда можно сделать вывод: зрительная область коры головного мозга здесь ни при чем. А это значит, что образы рождаются внутри «думателя». Но как? И зачем?

Жизненный опыт ехидны, или Мозг на тачке

Сомнологией заинтересовались многие исследователи, и новые факты посыпались как из рога изобилия. Например, обнаружили, что у рептилий не бывает быстрого сна, а у млекопитающих он есть. Длительность фазы быстрого сна тоже варьировалась: от нескольких минут до сорока у домашнего скота и до семи часов у опоссума.

Подгоняемые желанием понять физиологическую функцию БДГ-сна, ученые активно исследовали его длительность у человека в разном возрасте. Открыли, что фаза быстрого сна появляется у плода в 26 недель и длится практически в течение всех суток. У новорожденных фаза REM занимает почти 50% всего периода сна, затем начинает сокращаться и к четырем годам достигает уровня взрослого человека, то есть занимает от 20 до 25%. К старости она еще сильнее сокращается — до 15%.

Приблизился к разгадке функции БДГ-сна французский нейробиолог Мишель Жуве. В мозге во время сна «выключается» область коры, отвечающая за посыл двигательных импульсов, поэтому организм в это время обездвижен. Жуве же хирургическим путем «отсоединил» тот участок мозга кошки, который отвечал за обездвиженность животного, и с изумлением обнаружил, что во время REM-сна кошки могут вставать и охотиться на воображаемую жертву или атаковать увиденного во сне врага.

А ответ на волнующий всех вопрос о значении снов пришел от странного австралийского животного ехидны и исследовавшего его Джонатана Уинсона (кстати, авиаинженера по профессии). Ехидна — низший представитель млекопитающих, переходное звено между ними и рептилиями. Фазы быстрого сна у нее не наблюдалось, но обнаружилось существенное отличие от старших собратьев по эволюции (которые фазой быстрого сна уже обладали): фронтальная кора (область планирования и принятия решений) ее мозга была существенно больше из-за того, что приходилось мгновенно обрабатывать и усваивать информацию о полученном опыте. Отсюда родилось важное умозаключение о том, что именно REM помогает животным перерабатывать опыт и закладывать его в память. Что, в свою очередь, развивает более продвинутые познавательные способности. Как образно выразился Уинсон, «если бы не REM-сон, префронтальная кора человека занимала бы столько места, что человеку пришлось бы везти мозг перед собой на тачке».

Получается, что во время фазы быстрого сна в мозге и людей, и животных буквально «прокладываются кабели», формируются новые нейронные связи. И именно с этим связана необычайная активность мозга, регистрируемая при ЭЭГ.

Сновидения человека — результат развития механизмов, унаследованных от низших видов. Во время быстрого сна мозг обрабатывает как генетически закодированную, необходимую для выживания информацию, так и информацию, полученную в течение бодрствования. Причем он обманывает сам себя, создавая импульсы, формирующие воображаемые образы, но блокируя при этом все органы чувств, рецепцию и движения. Опыт полностью проигрывается заново на ментальном уровне, но тело оказывается «не в курсе».

«То, что мы вообще сознаем, что видим сны, — чистая случайность, совершенно не предусмотренная их основным назначением», — считает Джонатан Уинсон.

Интересно, что сны можно видеть не только в фазе быстрого, но и в фазе медленного сна, а создание сновидений — это сложный когнитивный процесс, который появляется у человека далеко не сразу. К такому выводу пришел психолог Дэвид Фолкс, много лет изучавший детские сновидения. Оказалось, что до пяти лет дети еще не способны к полноценной визуализации, а приобретают возможность видеть сложные воображаемые картины только к 9–11 годам.

Длинная память, или Учеба с помощью лоботомии

Если зрение во время сна «отключено», то как же, интересно, мозг формирует сонные образы? Психоаналитик Марк Солмс выяснил, что фаза быстрого сна и сновидения — два отдельных процесса с разными механизмами включения и выключения, а также убедился, что основную роль в сновидениях играет передний мозг. Сделал он это «благодаря» пациентам психлечебниц. Во время проведения префронтальной лейкотомии (то есть лоботомии — под таким названием процедура известна в России) разрушается белое вещество, соединяющее лобные доли. Здесь, в вентромедиальном отделе, находится наибольшее количество клеток, вырабатывающих нейромедиатор дофамин. Солмс был убежден, что этот отдел — самая важная структура при создании сновидений. Когда ее уничтожали во время лоботомии, пациенты переставали видеть не только галлюцинации, но и яркие красочные сны.

Благодаря исследованиям по нейровизуализации, проведенным в 1997 году с помощью метода позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), который позволял выявлять активность отдела мозга по притоку в него крови, Аллен Браун во многом подтвердил умозаключения Солмса, доказав, что наибольшую активность проявляет лимбическая система, располагающаяся в недрах переднего мозга. Она отвечает за организацию всех видов памяти, а также формирует мотивацию, эмоциональный ответ и играет важную роль в обучении.

Почему же люди часто не запоминают сновидения? А потому, что во время сна не работают центры кратковременной памяти, благодаря которым удается размещать в нужной последовательности все, что происходит в данный момент. При этом во всю мощь работает память долговременная, что говорит о переработке и усвоении необходимого опыта. «Похоже, что, когда мы спим, наш мозг отчаянно трудится, чтобы сохранить тот опыт, который мы пронесем с собою через всю нашу жизнь, — полагает декан факультета психологии Гарвардского университета Дэниел Шактер. — Важные события, о которых мы часто вспоминаем наяву, могут так же часто „проигрываться заново“ во сне. Тот опыт, о котором мы наяву почти не помним, вполне возможно, и по ночам воспроизводится редко, и это тот путь, по которому события из памяти уходят».

То есть, проще говоря, мы помним только то, что сами «записали», и то, что мозг решил «записать» на основании нашего прошлого опыта, знаний и потребностей. В общем, если вы смотрели анимационный фильм «Головоломка», там весь этот процесс был показан в ярких картинках.

Чердак Шерлока Холмса, или Забыть все

С точки зрения нейрофизиологии нет никакой пользы в поисках тайного смысла сновидений. Сны могут выражать общее эмоциональное состояние человека, а их наполнение зависит исключительно от опыта, полученного каждым самостоятельно. Поэтому никакие сонники нам не помогут, увы. Зато может пригодиться психолог: он, опираясь на содержание сновидений, выведет человека на проблему, если она есть, и окажет поддержку при ее решении.

Американский психофизиолог Розалинд Картрайт считает, что «психотерапевты могли бы лучше понимать пациентов и видеть, какие из их проблем могут решиться сами собой, а в каких случаях требуется помощь, если бы просили их припомнить последний из привидевшихся снов. Вопреки теории Фрейда, главная проблема вовсе не спрятана. Она здесь, прямо на поверхности».

Таким образом, сон — это воспоминание обо всем важном, что с нами произошло, и обдумывание всего важного, чему только предстоит случиться. А еще сон — прекрасный способ сбросить ненужный балласт и забыть все, что вряд ли пригодится. Шерлок Холмс не был нейрофизиологом, но он не зря говорил: «Человеческий мозг как чердак… На моем чердаке только нужные мне инструменты, и я хочу, чтобы все они были под рукой».

Наглядно

Между небом и землей

Активность мозга сильно различается не только во время бодрствования и сна — есть множество промежуточных состояний, которые можно различить во время позитронно-эмиссионной томографии.

НЕСПЯЩИЙ МОЗГ. Активность мозга в этой стадии (красные зоны на снимке) похожа на то, что происходит в REM-сне

НЕГЛУБОКИЙ СОН. Активность снизилась по сравнению с бодрствованием, но выше, чем в глубоком сне

ГЛУБОКИЙ СОН. Активность мозга в этой стадии снижена до предела (синие зоны)

БЫСТРЫЙ REM-СОН. Во время этой стадии активность мозга сложно отличить от состояния бодрствования

ДЕПРИВАЦИЯ СНА. Активность мозга очень долго не спавшего человека снижена и похожа на стадию глубокого сна

МЕДИКАМЕНТОЗНЫЙ СОН. Здесь сон вызывается средствами, специально подавляющими мозговую активность