Запускает проект «Вопрос учёному», в рамках которого специалисты будут отвечать на интересные, наивные или практичные вопросы. В новом выпуске доктор биологических наук Владимир Ковальзон объясняет, зачем нам сон.
Почему мы спим?
Владимир Ковальзон
Доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН.
Людям свойственен сон, поскольку это заложено в наших генах. Смысл сна лежит в отдыхе, который наш организм получает в это время. Однако, чем больше мы занимаемся исследованием сна, тем больше открывается тайн, касающихся работы мозга.
Сон - состояние очень сложное. Во время сна мозг не останавливает свою активность. Внутри сна происходят очень важные ритмические 90-минутные циклы. Каждый из этих циклов состоит из постепенного, медленного погружения в более глубокий сон, а затем резкого перехода в фазу сновидений - так называемый быстрый или парадоксальный сон. В окончании фазы быстрого сна цикл либо завершается, и мы просыпаемся, либо начинается новый цикл. Структура мозга человека такова, что в первую половину ночи преобладает глубокий медленноволновый сон, а к утру усиливается быстрая фаза сна. Другими словами, сны снятся под утро. Как предполагают учёные, с быстрым сном связаны многие заболевания. Большинство смертей, инсультов и инфарктов происходят под утро – как раз, когда наступает стадия парадоксального сна.
Большинство смертей, инсультов
и инфарктов происходят под утро – как раз когда наступает стадия парадоксального сна
Если во времена Павлова, в первой половине XX века, считалось, что сон – универсальный лечебный фактор, что он всегда полезен, то сейчас мы знаем, что это далеко не всегда верно. Наоборот, при многих заболеваниях сон бывает и вреден, и опасен. Иногда нужно стараться его сокращать или дробить. Например, при депрессивных заболеваниях сон - это фактор, усиливающий депрессию. Лишения сна - один из способов вывода человека из этого состояния. Этот факт был открыт в сомнологии сравнительно недавно.
Почему такое состояние появилось в процессе эволюции - загадка. Кроме теплокровных животных (млекопитающих и птиц) , ни у кого из живых существ этих форм сна нет. У хладнокровных позвоночных и безпозвоночных период сна монотонный. Однако по ряду признаков форма сна с разными фазами очень древняя. Скорее всего, такая форма сна даёт какое-то преимущество для выживания, поскольку она закрепилась в ходе эволюции. Но в чём заключается это преимущество - до сих пор совершенно непонятно.
Было много опытов с помещением человека в изолированное пространство, в котором круглые сутки поддерживалось монотонное, неяркое освещение. У испытуемого нет часов, и он теряет контроль над освещением. Внутренние ритмы его организма начинают течь свободно, они не запускаются внешними факторами. Такой эксперимент показывает, что наши биологические часы за 24 часа не успевают совершить полный оборот. В ходе эксперимента у тестируемого смещается субъективный ход времени. Тем не менее, желание сна у него остаётся и чередуется через определённые интервалы, поддерживаемые нашими внутренними часами.
Сон далеко не всегда полезен. Наоборот, при многих заболеваниях он бывает
и вреден, и опасен
Каждое утро, когда мы открываем шторы, свет попадает нам на глаза, наши часы перезапускаются, переводятся. Именно поэтому вставать затемно очень вредно. Если человек после такого просыпания садиться за руль, он легко может попасть в аварию. Однако есть люди, которые легко переносят раннее вставание или лишение сна в течение одной ночи. Сейчас генетику людей, которые легко переносят ночные бдения, активно изучают в Америке, чтобы привлекать их к ответственным работам, связанным с общественными дежурствами (медработники, представители спецслужб, операторы, диспетчеры в аэропортах и другие).
Сон - настолько распространённое в природе явление, что оно должно быть безумно полезным. Даже плодовые мушки и нематоды временами впадают в состояние полного бездействия, из которого выходят не очень легко, то есть сон свойствен даже простейшим животным. Но многолетние наблюдения так и не дали корреляции между сном и физиологическими потребностями у животных. Так что ещё одной тайной является многообразие видов сна.
Например, некоторые летучие мыши спят 20 часов в сутки, а крупные травоядные млекопитающие - менее четырёх. Лошадям и вовсе достаточно вздремнуть стоя в течение нескольких минут, которые за сутки складываются примерно в три часа. Некоторые новорожденные дельфины и киты бодрствуют вместе с матерями на протяжении всего первого месяца.
Короче, обнаружить единую, универсальную функцию сна так и не удалось. «Физиологические изменения во время сна сильно варьируются у разных видов, - отмечает Маркос Фрэнк из Пенсильванского университета (США). - Но у всех сон отражается на работе мозга». Поэтому большинство исследователей сосредоточились на этом органе. Наиболее очевидным признаком сна признана, условно говоря, потеря «сознания» (или сокращение «сознательности» у некоторых животных). И недостаток сна приводит к когнитивному кризису не только у людей, но и у крыс, плодовых мушек и почти у всех остальных изученных видов.
Основную часть сна занимает медленноволновая фаза, известная как третья стадия, или стадия глубокого сна (см. диаграмму). Её свойственны характерные волны электрической активности мозга, вызванные синхронизированной активацией нейронов, которая происходит примерно раз в секунду. С ней смешиваются другие этапы - фаза быстрого движения глаз, когда деятельность мозга напоминает бодрствование, и переходы между ними.
Считается, что сон - это именно медленноволновой этап, ибо как раз в этот период происходит всё то, что должен сделать для организма сон. Именно в этой фазе работа мозга сильнее всего отличается от бодрствования. В её начале волны становятся особенно большими, когда потребность во сне максимальна. Если вы долго не спите, эти медленные волны будут нарастать, пока вы не заклюёте носом.
Функции сна можно разделить на две большие группы: одни связаны с «ремонтом» и «обслуживанием» мозга, а другие - с выполнением мозгом уникальных для сна задач.
Сто лет назад считалось, что в период бодрствования в нас вырабатывается некий токсин, накоплению которого мы в конце концов не можем сопротивляться и засыпаем, чтобы дать возможность мозгу очиститься. Такое вещество не было обнаружено, и современный вариант той же гипотезы гласит: днём происходит постепенное снижение поставок больших молекул, необходимых для работы мозга, в том числе белков, РНК и холестерина. Запасы пополняются как раз во время сна. В экспериментах с животными выяснилось, что производство таких молекул увеличивается во время медленноволновой фазы сна. Однако, по словам скептиков, это лишь корреляция и нельзя говорить о том, что наше желание спать зависит от уровня этих молекул.
Вторая группа тоже имеет давнюю историю. Ещё Зигмунд Фрейд предположил, что все сновидения посвящены исполнению заветных желаний (часто замаскированному), но в науке эта гипотеза не нашла подтверждения. Однако есть веские причины считать, что во время сна мозг всё же выполняет одну очень важную и уникальную функцию: он занимается консолидацией памяти. Воспоминания не высекаются в камне в момент события. Поначалу они хранятся в своего рода ОЗУ, и лишь потом то, что по каким-то причинам показалось важным, отправляется в ПЗУ.
Эксперименты и на животных, и на людях показывают, что самые сильные воспоминания формируются, когда моменты запоминания и вспоминания разделяет сон. Например, в ходе одного из опытов электроды, размещённые в крысиных мозгах, показали, что во время сна небольшие группы нейронов воспроизводят тот режим деятельности, который впервые был зарегистрирован, когда крысы бодрствовали и учились.
С 2003 года набирает силу новая гипотеза, объединяющая оба объяснения. В центре её внимания - синапсы, с помощью которых общаются нейроны. Известно, что при формировании воспоминаний синапсы участвующих в этом процессе нейронов становятся сильнее. Основная мысль заключается в том, что в состоянии бодрствования мы постоянно создаём новые воспоминания и, следовательно, укрепляем синапсы. Но этот процесс не может продолжаться бесконечно: в какой-то момент был бы достигнут максимума энергетической эффективности и новые воспоминания перестали бы формироваться. Решением этой проблемы становится фаза медленноволнового сна: при отсутствии входящего потока данных медленно «стреляющие» нейроны постепенно снижают силу синапсов по всем направлениям, сохраняя при этом относительную разницу в силе между синапсами и позволяя новым воспоминаниям сохраниться.
«Гипотеза гомеостаза синапсов» получила немало доказательств. Сканирование человеческого мозга говорит о том, что наше серое вещество требует больше энергии в конце дня, чем в начале. Джулио Тонони и Кьяра Сирелли из Университета штата Висконскин в Мэдисоне (США), предложившие гипотезу, показали, что у грызунов и плодовых мушек прочность синапсов возрастает в период бодрствования и падает во время сна. Более того, когда мы изучаем то, что требует работы определённой части мозга, именно эта область генерирует более интенсивные медленные волны во время последующего сна.
Несмотря на большое внимание, которое в последние годы получила эта гипотеза, она ещё не успела завоевать сердца всех и каждого. Например, нейробиолог Джерри Сигел из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) придерживается мнения о том, что сон - это просто адаптивный способ сэкономить энергию, не занимаясь кормлением и размножением. Животное находит укромное место, прячется в нём и бережёт себя для будущего. А различия в образе сна между видами - следствие различий в образе жизни.
Но большинство всё же склоняется к тому, что функция сна столь же сложна, сколь сложен мозг. Наверное, лаконичный ответ на вопрос о том, почему мы спим, едва ли удастся получить.
Все от плодовых мушек до дельфинов нуждаются в том, чтобы время от
времени прикрывать глаза. Причина тому, по-видимому, кроется в мозге и
остаётся одной из главных загадок биологии.
На это занятие мы тратим около трети своей жизни. Если нас этого лишить, мы заболеем . Но мы до сих пор не знаем хорошенько, зачем нам надо спать.
На первый взгляд, ответ очевиден: чтобы мозг и другие органы могли
отдохнуть и восстановиться. Но почему мы не можем отдохнуть, оставаясь в
сознании и продолжая быть начеку? Почему мы не можем восстановить силы,
бодрствуя? Загадка...
Сон - настолько распространённое в природе явление, что оно должно быть безумно полезным. Даже плодовые мушки и нематоды временами впадают в состояние полного бездействия, из которого выходят не очень легко, то есть сон свойствен даже простейшим животным. Но многолетние наблюдения так и не дали корреляции между сном и физиологическими потребностями у животных. Так что ещё одной тайной является многообразие видов сна.
Например, некоторые летучие мыши спят 20 часов в сутки, а крупные травоядные млекопитающие - менее четырёх часов. Лошадям и вовсе достаточно вздремнуть стоя в течение нескольких минут, которые за сутки складываются примерно в три часа. Некоторые новорожденные дельфины и киты бодрствуют вместе с матерями на протяжении всего первого месяца.
Короче, обнаружить единую, универсальную функцию сна так и не удалось. «Физиологические изменения во время сна сильно варьируются у разных видов, - отмечает Маркос Фрэнк из Пенсильванского университета (США). - Но у всех сон отражается на работе мозга ». Поэтому большинство исследователей сосредоточились на этом органе. Наиболее очевидным признаком сна признана, условно говоря, потеря «сознания» (или сокращение «сознательности» у некоторых животных). И недостаток сна приводит к когнитивному кризису не только у людей, но и у крыс, плодовых мушек и почти всех остальных изученных видов.
Основную часть сна занимает медленноволновая фаза, известная также, как третья стадия или стадия глубокого сна (см. диаграмму). Её свойственны характерные волны электрической активности мозга, вызванные синхронизированной активацией нейронов, происходящей примерно раз в секунду. С нею смешиваются другие этапы - фаза быстрого движения глаз, когда деятельность мозга напоминает бодрствование, и переходы между ними.
Считается, что сон - это именно медленноволновый этап, ибо именно в этот период происходит всё то, что должен сделать для организма сон. Именно в этой фазе работа мозга наиболее сильно отличается от бодрствования. В её начале волны становятся особенно большими, когда потребность во сне особенно велика. Если вы долго не спите, эти медленные волны будут нарастать, пока вы не заклюёте носом.
Объяснение функций сна можно разделить на две большие группы: одни связаны с «ремонтом» и «обслуживанием» мозга, а другие - с выполнением мозгом уникальных для сна функций.
Сто лет назад считалось, что в период бодрствования в нас вырабатывается некий токсин, накоплению которого мы в конце концов не можем сопротивляться и засыпаем, чтобы дать возможность мозгу очиститься. Такое вещество не было обнаружено, и современный вариант той же гипотезы гласит: днём происходит постепенное снижение поставок больших молекул, необходимых для работы мозга, в том числе белков, РНК и холестерина. Запасы пополняются как раз во время сна. В экспериментах над животными выяснилось, что производство таких молекул увеличивается во время медленноволновой фазы сна. Однако, по словам скептиков, это лишь корреляция и нельзя говорить о том, что наше желание спать зависит от уровня этих молекул.
Вторая группа тоже имеет давнюю историю. Ещё Зигмунд Фрейд предположил, что все сновидения посвящены исполнению заветных желаний (часто замаскированному), но в науке эта гипотеза не нашла подтверждения. Однако есть веские причины считать, что во время сна мозг всё же выполняет одну очень важную и уникальную функцию - он занимается консолидацией памяти. Воспоминания не высекаются в камне в момент события. Поначалу они хранятся в своего рода ОЗУ и лишь потом то, что по каким-то причинам показалось важным, отправляется в ПЗУ.
Эксперименты и на животных, и на людях показывают, что самые сильные воспоминания формируются, когда моменты запоминания и вспоминания разделяет сон. Например, в ходе одного из опытов электроды, размещённые в крысиных мозгах, показали, что во время сна небольшие группы нейронов воспроизводят тот режим деятельности, который впервые был зарегистрирован, когда крысы бодрствовали и учились.
С 2003 года набирает силу новая гипотеза, объединяющая оба объяснения. В центре её внимания - синапсы, с помощью которых общаются нейроны. Известно, что при формировании воспоминаний синапсы участвующих в этом процессе нейронов становятся сильнее. Основная мысль заключается в том, что в состоянии бодрствования мы постоянно создаём новые воспоминания и, следовательно, укрепляем синапсы. Но этот процесс не может продолжаться бесконечно: в какой-то момент был бы достигнут максимум энергетической эффективности и новые воспоминания перестали бы формироваться. Решением этой проблемы становится фаза медленноволнового сна: в отсутствие входящего потока данных медленно «стреляющие» нейроны постепенно снижают силу синапсов по всем направлениям, сохраняя при этом относительную разницу в силе между синапсами, позволяя новым воспоминаниям сохраниться (см. диаграмму ниже).
Сна. Что происходит, когда мы спим? Почему люди спят?
Если предположить, что средняя продолжительность жизни человека составляет 67 лет, то в состоянии сна, он проведет 208 тысяч часов и это немного больше 20 лет в спящем состоянии - 33% всей жизни. Это при условии, что вы будете спать, 8 часов в сутки. Эти цифры приблизительны, но даже учитывая все неточности они впечатляют.
1/3 своей жизни мы жертвуем на сон, и для этого должны быть веские причины? Зачем люди столько спят, и что произойдет, если (теоретически) мы откажемся от сна...
Что происходит, когда мы спим?
Существует всего 5 стадий сна. Что же происходит на каждом этапе:
Сон, как описано вначале, составляет значительную часть нашей жизни. Если вы посмотрите на изображение выше, вы можете увидеть циклы, через который проходит человек во время сна. В среднем человек завершает три цикла сна в одну ночь. Все зависит от состояния вашего собственного тела, количество циклов может варьироваться от одного до четырех или пяти.
Прежде чем объяснить, что происходит на каждом этапе, стоит, объяснить, как происходит процесс тестирования сна. Наблюдая за электрическими импульсами в головном мозге, можно определить, на какой стадии, находится человек во время сна. Пять различных этапов провоцируют различные мозговые волны. Важно понимать эти мозговые волны для того чтобы оценить, что происходит на каждом из этапов.
Рассмотрим следующую диаграмму:
Теперь подробнее:
Этап 0
– сонливость
Очень часто этот этап не включают в диаграммы. Это этап, когда человек все полностью осознает, но чувствует сонливость.
Этап 1 – очень легкий сон (дремота) - состояние человека находящегося в плену Грёз, мечтаний. На этом этапе мысли находятся в блуждающем состоянии. Мозговые волны, состоят главным образом из тета волн, а иногда и альфа волн.
Этап 2 – легкий сон. На этой стадии мозговая активность меняется незначительно. Вершины волны становятся выше и немного больше случайных. Иногда происходят резкие и внезапные всплески активности которые называются (K-комплексы), именно они приводят к возникновению блестящих идей. . На 2 этапе Пульс замедляется и температура тела слегка понижается.
Этап 3 и 4
– это состояния глубокого сна и очень глубокого сна.
Мозговые волны во время этих этапов, намного выше но их частотность намного ниже. В стадии 3 около 25% от мозговых волн - это дельта волны (а остальную часть составляют тета волны). На 4 стадии разбудить кого-то, очень сложно, но если вам все же удастся разбудить несчастного, он будут очень раздражен и недоволен. На этой стадии, кровоток в мозге уменьшается, именно на этом этапе происходит восстановление организма и затраченной человеком энергии в течении дня.
этап 5 REM сон - это время ярких сновидений. На этом этапе тело человека парализовано. Мозговые волны состоят из бета волн, которые также присутствуют когда человек только просыпается. Мозг очень активен. Состояние характеризуется быстрыми движениями глаз, а иногда и мышечными судорогами. Если человек проснется на этом этапе, он с вероятностью в 100% сможет отчетливо рассказать о своих сновидениях.
Почему люди спят?
В психологии, существует ряд теорий относительно того, почему мы спим:
Нам нужно время, чтобы восстановиться и «перезагрузиться» сон это источник энергии.
Исследования показывают, что рост и развития происходит во время сна.
Сон необходим для объединения информации полученной человеком в течении дня. Без сна, мы не способны обрабатывать и запоминать нужное количество информации. Нам нужно спать, чтобы остаться в хорошем настроении. Без сна люди становятся раздражительными и неадекватными.
Что произойдет, если мы не будем спать?
Изучая психологию сна, с помощью крыс, учёными было обнаружено, что нехватка сна фактически может привести к летальному исходу. Но, если за подопытного взять человека, то у него сперва замедлится речь и реакция, после он прекратит реагировать на любые эмоциональные стимулы. Если же человек лишен сна, очень долго, он будут погружён в «микро сон», состояние, при котором мозг отключается на 5-10 секунд, а затем " включается снова ". Это очень опасно, и если у человека, острая нехватка сна, могут начаться галлюцинации. Мозг отчаянно будет пытается войти в состояние сна. В конечном итоге человек может не выжить...
Спите спокойно и приятных вам сновидений!
читайте продолжение.
