Мэттью Уолкер.

Зачем мы спим. Новая наука о сне и сновидениях



скачать книгу бесплатно

Цикл сна

За годы, прошедшие с открытия, сделанного при изучении сна Эстер, мы узнали, что две фазы сна – ФМС и БДГ – в течение ночи ведут повторяющуюся борьбу за контроль над мозгом. Каждые девяносто минут в этой мозговой войне меняется победитель[14]14
  Разные виды животных имеют различную протяженность ФМС и БДГ. У большинства из них они короче, чем у людей. Функциональное назначение длины фазы – еще одна загадка сна. До настоящего времени лучший предсказатель длины фазы быстрого и медленного сна – толщина мозгового ствола: виды, имеющие бо?льшую толщину ствола, демонстрируют более продолжительные фазы сна.


[Закрыть]
, когда сначала правит ФМС, а затем на престол возвращается БДГ. Не успеет битва закончиться, как начинается снова, вновь разыгрываясь каждые полтора часа. Если в течение ночи проследить за этим чередованием взлетов и падений, то откроется совершенно замечательная архитектура циклов сна, отображенная на рис. 8.

На вертикальной оси показаны различные состояния мозга – на вершине состояние бодрости, затем идет БДГ и фазы медленного сна по мере углубления – от 1 до 4. На горизонтальной оси – время, начиная примерно с 23:00 до 07:00. Техническое название этого графика – гипнограмма (график сна).


Рис. 8. Архитектура сна


Если бы я не добавил вертикальные пунктирные линии, разделяющие каждые девяносто минут, вы бы, по всей видимости, начали протестовать, заявляя, что не видите регулярно повторяющейся полуторачасовой модели. По крайней мере, той, которую вы ожидали увидеть, исходя из моего описания. Причина заключается еще в одной, особой характеристике сна: неравномерном профиле фаз сна. Действительно, в течение ночи каждые девяносто минут мы резко перескакиваем от ФМС к БДГ, а соотношение фаз внутри каждого полуторачасового цикла меняется. В первой половине ночи подавляющее большинство циклов поглощено глубоким сном медленной фазы и небольшим количеством сна быстрой фазы, что видно на рис. 8 в цикле 1. Но по мере того как мы переходим во вторую половину ночи, этот неустойчивый баланс сдвигается, и теперь доминирует фаза быстрого сна с небольшими вкраплениями медленной фазы, если она вообще имеет место. Цикл 5 – идеальный пример такого типа сна, наполненного быстрой фазой.

Почему же мать-природа создала столь странное и сложное уравнение фаз сна? Почему происходит постоянная смена медленной и быстрой фаз сна? Почему бы нам не получить сначала весь требующийся сон медленной фазы, а потом – весь необходимый сон быстрой фазы? Или наоборот? Если в этом факте больше азартной игры эволюции, цель которой – не дать животному шанса использовать в течение ночи лишь часть сна, тогда почему бы не сохранять соотношение внутри каждого цикла одинаковым, укладывая, так сказать, в каждую корзину одинаковое количество яиц, а не складывать сначала б?льшую часть в одну, а позже кардинально менять этот дисбаланс? Зачем вообще изменять его? Создается впечатление, что эволюцией была проделана тяжелая изнурительная работа, и лишь для того, чтобы разработать столь запутанную систему и запустить ее в действие.

Ученые пока не пришли к согласию, почему наш сон (как и сон всех млекопитающих и птиц) меняется по такому повторяющемуся, но кардинально асимметричному образцу, но ряд теорий все-таки существует.

Предложенная мною теория состоит в том, что неравное взаимодействие между медленной и быстрой фазами сна необходимо, чтобы ночью деликатно реконструировать и привести в соответствие наши нейронные связи и при этом оптимизировать небеспредельное хранилище памяти. Ограниченный объемом памяти, что обусловлено заданным набором нейронов и связями внутри структур памяти, наш мозг должен найти золотую середину между необходимостью сохранить уже имеющуюся информацию и оставить достаточно места для новой. Балансирование в пределах этого уравнения хранения требует четкого разграничения между свежими и яркими воспоминаниями – и дублирующимися, избыточными, или просто больше не актуальными.

Как мы узнаем в главе 6, ключевая функция медленной фазы сна, которая доминирует в начале ночи, – это отсеивать и удалять ненужные нейронные связи. В отличие от нее фаза сновидений БДГ, которая доминирует поздней ночью, играет роль по укреплению этих связей.

Если объединить эти два явления, то у нас появится по крайней мере одно простое объяснение, почему типы сна чередуются в течение ночи и почему изначально в циклах доминирует медленная фаза сна, а фаза быстрого сна начинает преобладать во второй половине ночи. Представим, как из комка глины создается скульптура. Работа начинается с того, что мы выкладываем большое количество сырого материала на стол скульптора (это вся масса хранимых автобиографических воспоминаний, новых и старых, которые каждую ночь вы приносите в жертву сну). Затем наступает черед первичного радикального удаления лишнего материала (длинные отрезки фазы медленного сна), после чего уже можно приступить к грубой деталировке (короткие периоды фазы быстрого сна). После этого этапа идет второй раунд удаления (следующая фаза медленного сна), следом за которым мозг начинает прорабатывать более мелкие детали (чуть больше БДГ-сна). После нескольких циклов работы баланс требований к рождающейся скульптуре смещается. Все основные черты вылеплены из первоначального комка сырой глины. Теперь на столе скульптора остался только необходимый для работы материал, и акцент переносится на усиление деталей (преобладает необходимость в быстром сне, а для медленного остается совсем мало работы).

Таким образом, сон, вероятно, изящно оптимизирует память и решает проблему хранения воспоминаний. При этом на начальном этапе доминирует изымающая сила ФМС-фазы, а затем в действие вступает БДГ-фаза, которая смешивает, соединяет и добавляет детали. Поскольку наш жизненный опыт постоянно расширяется, требуя, чтобы каталог памяти без конца обновлялся, автобиографическая скульптура хранимого опыта никогда не будет закончена. В результате каждую ночь мозг требует нового раунда сна и его чередующихся фаз, чтобы автоматически обновлять ячейки памяти, основываясь на событиях прошедшего дня. Такой порядок – одна из причин (подозреваю, из многих), объясняющих циклическую природу медленной и быстрой фаз сна и дисбаланс их распределения в течение ночи.

Опасность заключается в ночной асимметрии ФМС – БДГ, о чем большинство людей не знают. Предположим, сегодня вечером вы легли спать в полночь. Но вместо того чтобы проснуться в восемь утра, получив полноценные восемь часов сна, вы должны проснуться в шесть утра из-за ранней утренней встречи или потому что вы спортсмен и ваш тренер требует от вас ранних тренировок. Какой процент сна вы теряете? Логичный ответ – 25 %, поскольку подъем в шесть утра отнимет у вас два часа сна, который иначе составил бы обычные восемь часов. Это и верно, и неверно. Поскольку ваш мозг нуждается в быстрой фазе сна на последнем отрезке ночи, вы потеряете 60–90 % всего БДГ-сна! Это работает в обоих направлениях. Если вы просыпаетесь в восемь утра, но не ложитесь до двух ночи, тогда вы теряете значительную часть глубокого ФМС-сна. Как и в случае с несбалансированной диетой, когда вы едите только углеводы, но недобираете белка, обкрадывание мозга в медленной или быстрой фазе сна, притом что обе выполняют важные, хоть и разные, функции, приводит к множеству физических и психических проблем со здоровьем, о чем мы будем говорить в следующих главах. Когда дело касается сна, нельзя жечь свечу с обеих сторон – даже с одного конца – даром это не пройдет.

Как ваш мозг порождает сон

Если бы этим вечером я привел вас в мою лабораторию сна в Калифорнийском университете в Беркли, прикрепил электроды к вашей голове и лицу и позволил вам заснуть, как бы выглядела энцефалограмма спящего мозга? Насколько отличались бы такие графики мозговой активности от снятых у вас в настоящий момент, когда вы находитесь в состоянии бодрствования и читаете эти строки? Как эти изменения биоритмов мозга объясняют, почему вы находитесь в сознательном состоянии (период бодрствования), в бессознательном (фаза ФМС-сна) или иллюзорно-сознательном периоде сновидений (фаза БДГ-сна)?

Предположим, вы здоровый молодой или среднего возраста человек (мы обсудим сон детей, пожилых людей и больных чуть позже). Три волнистые линии на рис. 9 показывают различные типы электрической активности, которые я мог бы снять с вашего мозга. Каждая линия представляет тридцать секунд мозговой активности во время трех разных состояний: (1) бодрствование, (2) глубокий медленный сон и (3) быстрый сон.


Рис. 9. Мозговые волны бодрствования и сна


В бодрствующем состоянии ваш мозг весьма активен – то есть мозговые волны цикличны, поднимаются и опускаются, возможно тридцать или сорок раз в секунду, это похоже на очень быструю барабанную дробь. Для обозначения этого явления используется термин «быстрая частота» активности мозга. Более того, для этих мозговых волн нет определенного образца – то есть эта «барабанная дробь» не только быстрая, но и неупорядоченная. Если бы я попросил вас предсказать следующие несколько секунд активности, ориентируясь на предыдущий ритм, вы бы не смогли этого сделать. Мозговые волны действительно настолько асинхронны, что их «барабанная дробь» не имеет различимого ритма. Даже если бы я преобразовал мозговые волны в звук (что я и делал в своей лаборатории в рамках проекта «озвучивания сна» и что производит довольно жуткое впечатление), вы бы сразу поняли, что танцевать под такую музыку невозможно. Существуют электрические отличительные признаки полного бодрствования: быстрая частота и хаотическая активность мозговых волн.

Возможно, вы считали, что график вашей мозговой активности в период бодрствования красив, гармоничен и строго синхронизирован с вашим логическим мышлением. Но в действительности это не так: хаотичность мозговых волн объясняется тем, что разные отделы вашего бодрствующего мозга обрабатывают разные элементы информации в разные моменты времени и разными способами. Когда они складываются, то на записи, сделанной с помощью электродов, закрепленных на вашей голове, мы видим то, что кажется образцом беспорядочной активности.

В качестве аналогии представьте большой футбольный стадион, заполненный тысячами болельщиков. Над центром стадиона свисает микрофон. Люди, сгруппированные на разных трибунах стадиона, представляют отдельные клетки мозга, расположенные в разных отделах мозга. Микрофон – электрод, закрепленный на макушке, – это записывающее устройство.

Перед началом игры болельщики говорят – кто о чем и в разное время. В своих разговорах они не синхронизированы ни по темам, ни по времени. В результате общее бормотание, которое записывает наш микрофон, представляет собой беспорядочный шум, в котором отсутствует единый четкий голос.

Когда я закрепляю электроды на голове испытуемого в лаборатории, они измеряют суммарную активность всех нейронов мозга, обрабатывающих разные потоки информации (звуки, зрительные образы, запахи, ощущения, эмоции) в различные моменты времени и в разных отделах мозга. Обработка такого количества информации и столь различных ее типов означает, что ваши мозговые волны работают очень быстро и хаотично.

Устроившись в постели в моей лаборатории сна и выключив свет, вы, вероятно, немного поворочавшись, успешно отплывете от берегов бодрствования в сон. Сначала вы выйдете на мелководье легкого медленного сна – его 1-я и 2-я фазы. Затем вы войдете в более глубокие воды медленного сна – в 3-ю и 4-ю фазы, которые объединяются одним общим термином «медленноволновой сон». Вернувшись к образцу мозговых волн на рис. 9 и сосредоточившись на средней линии, вы сможете понять почему. В глубоком медленноволновом сне неровный ритм вашей мозговой активности кардинально замедляется, выдавая, может, всего лишь от двух до четырех волн в секунду, что в десять раз медленнее скорости мозговой активности в период бодрствования.

Примечательно, что волны медленной фазы сна гораздо более синхронны и надежны, чем активные волны бодрствующего мозга. Настолько надежны, что, основываясь на предыдущих, вы могли бы предсказать несколько следующих тактов электрической песни медленной фазы сна. Если бы мне нужно было конвертировать глубокую ритмичную активность медленной фазы вашего сна в звук и проиграть вам утром (что мы и делали для испытуемых в рамках того же проекта «озвучивания сна»), вы бы смогли найти ее ритм и двигаться в такт, плавно покачиваясь под медленную ритмичную пульсацию.

И в этот момент очевидным стало бы кое-что еще. Время от времени новый звук накладывался бы поверх медленноволнового ритма. Он был бы коротким и длился всего лишь несколько секунд, но всегда бы звучал на сильной доле такта медленноволнового цикла. Вы бы восприняли его как быструю трель, неотличимую от раскатистого «р» в некоторых языках, например в испанском или хинди, или как довольное мурлыканье кошки, только очень быстрое.

То, что вы слышите, – это сигма-ритм, или сонное веретено, – острая вспышка мозговой активности, которая часто отмечает конец каждой медленной волны. Сигма-ритм возникает не только при глубокой, но и во время более легких фаз медленного сна, еще до того, как мощные медленные мозговые волны глубокого сна начинают доминировать. Одна из многих функций сонных веретен – действовать как часовые, которые защищают сон, ограждая мозг от внешних шумов. Чем более сильны и часты сигма-ритмы человека, тем больше внешнего шума они заглушают. В противном случае шум разбудил бы спящего.

Вернемся к медленным волнам глубокого сна. Мы также выяснили кое-что удивительное о месте их зарождения и о том, как они проносятся по поверхности мозга. Поместите свой палец между глаз, точно над переносицей. Теперь передвиньте его вверх на пять сантиметров. Когда вы ляжете спать, именно здесь будет генерироваться большинство мозговых волн глубокого сна: прямо посередине лобных долей головного мозга. Это эпицентр, или горячая точка, из которой приходит глубокий медленноволновой сон. Однако волны глубокого сна не расходятся идеальными кругами. Вместо этого почти все мозговые волны глубокого сна будут идти в одном направлении: от передних долей мозга к задним. Они похожи на звуковые волны, исходящие из громкоговорителя, которые преимущественно идут в одном направлении – вперед от динамика (перед громкоговорителем они всегда громче, чем позади него). И как громкоговоритель, вещающий на обширное пространство, медленные волны, которые вы сгенерируете сегодня ночью, будут постепенно рассеиваться по мере продвижения к задней части мозга, не имея возможности обратного хода.

В 1950-х и 1960-х годах, когда ученые начали измерять эти медленные мозговые волны, было сделано понятное предположение: эти на вид неспешные, даже ленивые движения мозговых волн должны отражать деятельность мозга, который находится в бездействии или даже в спящем состоянии. Это было разумное подозрение, учитывая, что самые глубокие, самые неспешные волны медленного сна могут напоминать волны, которые мы видим у пациентов под наркозом или даже в некоторых формах комы. Но это допущение оказалось в корне неверным, ничто не могло быть дальше от истины. То, что вы на самом деле испытываете во время глубокого медленного сна, – одна из самых грандиозных среди известных нам демонстраций нейронного взаимодействия. Посредством потрясающего акта самоорганизации многие тысячи нейронов решили объединиться и синхронно «петь» или «гореть». Каждый раз, когда ночью в своей лаборатории я наблюдаю этот поразительный акт нейронной синхронии, я склоняю голову в знак уважения: сон поистине внушает мне благоговейный трепет.

Вернемся к аналогии с микрофоном, свисающим над футбольным стадионом, и рассмотрим игру сна в действии. Толпа – тысячи отдельных мозговых клеток – перешла от болтовни друг с другом перед началом игры (бодрствование) к единому состоянию (глубокий сон). Голоса нейронов объединяются – теперь они звучат синхронно, подобно мантре – песне глубокого медленного сна. И вдруг раздается громкий вскрик, создающий высокий всплеск мозговой активности, затем голоса умолкают на несколько секунд, образуя глубокую, протяженную впадину мозговой волны. Наш установленный на стадионе микрофон ловит четко определенный рев расположившейся внизу толпы, за которым следует долгая пауза, похожая на общий вдох. Осознавая, что ритмичная мелодия глубокого сна была на самом деле высокоактивным, тщательно скоординированным состоянием мозговой гармонии, ученые были вынуждены отказаться от поверхностных представлений о глубоком сне как о состоянии тупого оцепенения.

Понимание этой ошеломляющей электрической гармонии, которая каждую ночь сотни раз пульсирует по поверхности вашего мозга, также помогает объяснить потерю внешнего сознания. Она начинается ниже поверхности мозга, в таламусе. Вспомните, что, как только мы засыпаем, таламус – эти сенсорные ворота, расположенные глубоко в центре мозга, – блокирует передачу воспринимаемых сигналов (звуков, зрительных образов, прикосновений и т. д.) к верхушке мозга и к его коре. Прерывая перцепционные связи с внешним миром, мы не просто теряем чувство сознания (поэтому мы не видим сновидений в фазе медленного сна и не ведем осознанный отсчет времени), но и позволяем коре головного мозга «расслабиться», входя в режим пассивной работы. Такой режим пассивной работы и есть то, что мы называем глубоким медленноволновым сном, или состоянием неторопливой, но активной и предельно синхронизированной мозговой активности. Это пограничное состояние приближается к ночной мозговой медитации, хотя следует заметить, что оно очень отличается от работы мозга в бодрствующих медитативных состояниях.

В этом шаманском состоянии глубокого медленного сна может быть найдена настоящая сокровищница психических и физических благ для вашего мозга и тела – щедрый подарок, который мы подробно исследуем в главе 6. Однако одно из благ для мозга – сохранение воспоминаний – заслуживает упоминания в этот момент нашего рассказа, поскольку служит прекрасным примером того, на что способны глубокие медленные мозговые волны.

Случалось ли вам, путешествуя на машине, замечать, что в какой-то момент сигнал FM-радиостанции, которую вы слушали, начинает слабеть? И напротив, сигналы AM-радиостанций остаются сильными. Возможно, вы, заехав еще дальше, попытались поймать другой FM-сигнал, но потерпели неудачу. Переключившись на AM-полосу, вы обнаружили несколько все еще доступных каналов. Объяснение кроется в самих радиоволнах, точнее в разных скоростях передачи этих волн – FM и AM. Станции FM используют короткие радиоволны, амплитуда колебаний которых намного чаще амплитуды волн АМ. Преимущество радиоволн FM заключается в том, что они могут нести более значительную информационную нагрузку и, следовательно, звучат лучше. Но есть большой недостаток: волны FM быстро исчерпывают свои возможности, как спринтер, который может бежать только на короткие дистанции, хотя и имеет весьма развитую мускулатуру. Радиостанции, работающие в диапазоне AM, используют гораздо более медленные, точнее более длинные радиоволны, сходные с поджарым бегуном на дальние дистанции. В то время как радиоволны AM не могут соответствовать динамичному качеству радио FM, их неторопливая поступь способна покрывать большие расстояния с меньшим угасанием сигнала. Таким образом, вещание на дальние расстояния возможно лишь с помощью медленных AM-радиоволн, которые в состоянии обеспечивать стабильную связь между самыми отдаленными географическими районами.

Когда происходит переход работы мозга от быстрочастотного во время бодрствования к более сдержанному при медленной фазе глубокого сна, возникает то же самое преимущество коммуникации дальнего действия. Устойчивые, медленные, синхронные волны, которые проходят через мозг во время глубокого сна, открывают коммуникационные возможности между отдаленными долями мозга, позволяя им совместно отправлять и получать различные блоки хранимого опыта.

В этом плане вы можете думать о каждой отдельной волне медленного сна как о курьере, способном разносить посылки с информацией между разными мозговыми центрами. Безусловная польза от таких путешествующих в глубоком сне мозговых волн – это перенос информационных файлов. Каждую ночь мозговые волны глубокого сна и дальнего действия будут перемещать эти посылки (недавние впечатления) из хрупкого краткосрочного хранилища в более постоянное и, таким образом, более безопасное долгосрочное хранилище. Следовательно, работа мозга в период бодрствования главным образом связана с восприятием внешнего сенсорного мира, в то время как фаза глубокого сна отражает внутреннее состояние рефлексии, которое способствует передаче информации и очищению воспоминаний.

Если во время бодрствования господствующее положение занимает прием, а во время фазы медленного сна – рефлексия, что же тогда происходит во время фазы быстрого сна – во время сновидений? Вернемся к рис. 9. Последняя линия электрической работы мозговых волн – это те импульсы, которые я бы обнаружил в вашем мозге, когда он находится в фазе быстрого сна. Несмотря на то что человек спит, сопутствующая сну деятельность мозговых волн не имеет сходства с работой мозга во время глубокого медленного сна (средняя линия на рисунке). Более того, работа мозга в фазе быстрого сна представляет собой почти точную копию работы в период активного бодрствования – на рисунке это верхняя линия. В самом деле, недавние исследования с помощью аппаратов МРТ обнаружили, что существуют отдельные участки мозга, проявляющие б?льшую активность во время быстрого сна, чем во время бодрствования, – разница может составлять до 30 %!



скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9

сообщить о нарушении