Мозг и его потребности. От питания до признания - Вячеслав Дубынин

Более приятна ситуация с избытком глюкозы. Например, вы полдня бегали, что-то делали и наконец, добравшись до кухни или до столовой, поели как следует. Возникает сонное состояние, потому что глюкоза пошла в кровь. Получается, что с точки зрения ретикулярных ядер продолговатого мозга если удалось поесть, то текущая цель жизни достигнута. Зачем еще активно двигаться? Все нормально, можно лежать и отдыхать. Эти ядра оказывают совершенно очевидное усыпляющее действие. Все мы знаем, как это бывает: кровь «отлила от головы и прилила к желудку», тут можно и сидя заснуть.

Подобное происходит и при физической нагрузке. Когда мы что-то долго физически делаем, клетки вырабатывают много специфических отходов, в основном азотсодержащих молекул, которые вызывают состояние утомления и сонливости. Поэтому если вы, например, в походе прошли 20 км с рюкзаком, а потом съели хорошую порцию гречки с тушенкой, то сонное состояние разовьется почти мгновенно. Вы можете даже не успеть доползти до палатки, а прямо у костра и заснете.

Система регуляции сна и бодрствования в целом не очень сложна. Но даже из немногих приведенных выше примеров видно, как много у нее «опций и параметров»: взаимная конкуренция центров, учет сигналов из внешней среды и из внутренней среды организма, суточные ритмы и др. Данная система обладает всеми необходимыми свойствами для того, чтобы подгонять текущий уровень бодрствования под актуальные задачи и общее состояние организма: утомление, стресс и тому подобное.

Патологическим вариантом работы этой системы является заболевание, которое называется нарколепсия – внезапное засыпание. Нарколепсия во многом генетически детерминирована и особенно опасна для тех, кто водит автомобиль.

Фазы сна и биоритмы мозга

В реальности нейроанатомия и нейрофизиология сна, конечно, сложнее, чем было только что описано. Скажем, все более значимым представляется вклад гипоталамических структур в запуск сонного состояния и последующего перехода к бодрствованию. Речь идет не только об уже охарактеризованных супрахиазменных ядрах («биологические часы», суточный ритм которых поддерживается специфическими каскадами внутриклеточных реакций, затрагивающими ядерную ДНК, и в частности гены Bmal1, Clock, Cry1–2, Per1–3). Важнейшим центром сна оказалась вентролатеральная преоптическая область гипоталамуса (с нею связан нейропептид галанин); важнейшим центром бодрствования – уже упоминавшееся в связи с пищевой потребностью латеральное ядро. В последнем особое внимание привлекают орексин А и орексин Б – нейропептиды, которые исходно рассматривались как регуляторы аппетита; однако в настоящее время их основную функцию связывают с поддержанием бодрствования.

Важно также подчеркнуть, что сон – это не только отдых. Внутри сна, как известно, сосуществуют два очень разных состояния. Одно – действительно отдых, а второе – феномен, который в свое время был назван парадоксальным сном. Ученые его открыли и охарактеризовали, когда начали записывать во время сна электроэнцефалограмму (ЭЭГ).

Ритмы ЭЭГ (биоритмы мозга) очень хорошо описывают общий уровень активации центральной нервной системы, а точнее, состояние коры больших полушарий. Чем активнее наш мозг, тем выше частота волн ЭЭГ и меньше их амплитуда. При сверхнапряженной умственной деятельности на ЭЭГ – почти прямая (точнее, сложнейший паттерн, состоящий из низкоамплитудных высокочастотных колебаний без какого-то явно доминирующего ритма), например когда математик обдумывает новую теорию или шахматист составляет сложный этюд. Это означает, что основная масса нейронов в их коре работает «вразнобой», большинство нервных клеток решает какие-то уникальные задачи.

Когда на записи ЭЭГ – похожие на синусоиду волны, это означает, что большинство нейронов коры работает синхронно. Синхронность, в свою очередь, указывает, что они в данный момент времени простаивают, не занимаются обработкой каких-то специфических информационных потоков. Великим разочарованием ученых, занимающихся ЭЭГ, стало понимание, что чем красивее и регулярнее ритм, тем меньше в нем информации. Но общий уровень бодрствования ЭЭГ тем не менее хорошо описывает.

Если вы не спите, но никакие сенсорные сигналы на вас не действуют (например, вы неподвижно и расслаблено сидите в кресле в тихой темной комнате), на вашей ЭЭГ пишется альфа-ритм. Его частота у взрослого человека обычно в пределах 10–12 Гц. В основе альфа-ритма – обмен информацией между таламусом и корой больших полушарий. «Есть что-нибудь новенькое?» – спрашивает, например, кора. – «Нет ничего…» – отвечает таламус, и так дюжину раз в секунду (особенно это относится к зрительным и слуховым центрам).

По мере засыпания волны становятся реже и выше по амплитуде (синхронизация нейронов коры нарастает). Когда наступает глубокий сон, регистрируется ритм с частотой 1–3 Гц – дельта-волны (см. рис. 11.3, внизу). Эту фазу сна называют медленноволновым сном; именно она соответствует состоянию реального физиологического отдыха. В этот момент работает минимум нервных клеток, нейроны восстанавливают запасы энергии, питательных веществ, строительных материалов.

Но оказалось, что по ходу сна медленноволновая активность периодически замещается очень странной ЭЭГ, которая выглядит так, как будто человек интенсивно думает: в основном идут низкоамплитудные высокочастотные колебания. Полное впечатление, что в этот момент мозг обрабатывает какую-то информацию. Длится данное состояние примерно 15–20 минут, а потом опять наступает медленноволновой дельта-сон. Часа через полтора картина повторяется.

Фазу быстроволнового сна назвали еще парадоксальным сном. Парадокс заключается в том, что, хотя на ЭЭГ кора больших полушарий выглядит бодрствующей, человек продолжает спать. Получается, что, отгородившись от внешнего мира, мозг работает с уже имеющейся у него информацией. Если в этот период спящего человека разбудить, то зачастую окажется, что он только что видел сны. Эту фазу еще называют REM-сон, rapid eye movement, то есть фаза быстрых движений глаз. Действительно, под закрытыми веками в этот момент активно двигаются глаза, как будто идет просмотр информации.

Итак, в ходе обычного ночного отдыха человек вначале спит медленноволновым сном часа полтора – уставший организм восстанавливает силы. В последнее время активно исследуется работа в этот момент так называемой глимфатической системы мозга. Потом появляется первый период быстрого (парадоксального) сна; как правило, он длится не более 15–20 минут. Потом еще полтора часа медленноволного сна – и вновь REM-фаза, и еще один цикл, и еще один. Постепенно продолжительность периодов парадоксального сна нарастает, а в состоянии дельта-сна человек находится все меньше времени. В итоге четыре-пять раз за ночь мы успеваем побывать и в медленно-, и в быстроволновом сне, то есть пройти «полный цикл». Оптимальный момент для пробуждения – переход от REM-сна к новому циклу.

Большинство людей свои сновидения не помнят (кстати, часть из них все же возникает в фазу медленноволнового сна). Наша память обычно сохраняет лишь те сны, которые появляются в момент пробуждения. Под утро снятся легкие сны и, как правило, не очень эмоционально нагруженные. Во время парадоксальной фазы эмоций в снах гораздо больше. Вы можете посреди ночи проснуться, например, от кошмара. Или вдруг после пробуждения вспомните о том, как летали во сне или находились в каком-то замечательном и радостном месте. Некоторые (примерно 1 человек из 15–20) не только видят, но и помнят еженощные сны, интересные, как сериалы, и с нетерпением стремятся к любимой подушке. Им можно только позавидовать. У них каким-то образом сигналы во время парадоксального сна доходят до сознания.