Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается - Питер Шпорк

Удивительно современно звучит теория сна средневековой цели­тельницы Хильдегарды из Бингена. Поскольку человек, считала она, имеет два состояния: покой и активность, его бодрствование нуждает­ся в своей противоположности, т. е. в сне. Он питает так называемую «сердцевину», т. е. костный мозг — орган мышления в глазах Хиль­дегарды. По ее мнению, постоянное бодрствование привело бы к ис­тончению сердцевины. Другие ученые того времени подозревали, что сон — естественная реакция тела на отсутствие стимулирующих раз­дражений извне: ночью организм на время как бы выключается. Еще в XIX в. Александр фон Гумбольдт обсуждал гипотезу о наступлении сна из-за недостатка в мозге кислорода.Все это были захватывающе интересные, свидетельствующие о разви­том воображении и порой удивительно тонко продуманные теории, от­нюдь не во всем далекие от истины — но научного фундамента под ними не было. Он появился в 20-30-е гг. XX в. в основном благодаря усилиям трех физиологов, открывших новую эру в изучении сна. Швейцарец Валь­тер Рудольф Гесс из Цюрихского университета исследовал мозг живот­ных и обнаружил ареалы, отвечающие за необходимую продолжитель­ность сна. Натаниэль Клейтман, родом из России, организовал в Чикагс­ком университете первую в мире лабораторию сна и занялся подробным исследованием темной стороны нашего существования. Американский миллионер и ученый-самоучка Альфред Лумис с помощью сотрудников-профессионалов первым систематически исследовал в своей частной ла­боратории сна в Нью-Йорке токи мозга у спящих людей.

Вскоре молодая наука достигла первой поставленной цели. Примерно 50 лет назад было окончательно признано, что засыпание не вызывается внешними для мозга причинами, будь то вредные газы или сгустившаяся кровь. Ученые установили: мозг активно подает сигналы, заставляющие нас временно расстаться с бодрствующим сознанием. Стало ясно, что смысл и цель сна нужно искать именно в центральном органе мышления.

Начался второй этап современной сомнологии. С тех пор ученые успели опутать датчиками и пронаблюдать в лаборатории десятки ты­сяч людей и животных. Загадка сна осталась неразгаданной. До сих пор продолжаются споры, где в точности пролегает граница между сном и бодрствованием. И все же в наше время нейробиологи, зоологи, физио­логи, психологи, врачи-сомнологи и другие специалисты во всем мире получают столько данных о сне, сколько их не было собрано за всю предшествующую историю человечества. Похоже, осталось немного подождать, и тайна будет раскрыта.

Замечательная мысль! Вероятно, одна из последних, что пришли мне в голову в тот жаркий день в Базеле. Сразу после этого я, видимо, заснул. На следующее утро мне сообщили, что я не так уж долго бодрс­твовал в мешанине проводов. Через 17 мин я уже спал. Мне эти минуты показались вечностью.

Попытки подслушать мозг

Откуда мы знаем, что человек действительно спит? Есть два верных признака. Во-первых, сон возводит стену между внутренним и внешним миром. Чувственное восприятие не достигает у спящего тех частей коры головного мозга, которые отвечают за отражение настоящего, его срав­нение с прошлым и оценку его важности с учетом недавнего прошлого и нашего внутреннего настроя. Короче говоря: сознание исчезает.

Во-вторых, сон в любой момент можно прервать извне. Звонок бу­дильника или энергичное потряхивание за плечо подают бессознатель­но активным центрам в мозгу сигнал тревоги, который мгновенно воз­вращает нас в состояние бодрствования. Если человек спит, его можно разбудить, а если он в коме, без сознания или под наркозом — нельзя.

Полисомнография. В лаборатории сна врачи измеряют: электрическую активность мозга (ЭЭГ), движения глаз (ЭОГ) справа и слева, напряжение мышц подбородка и икры, храп, токи сердца (ЭКГ), содержание кислорода в крови (Sa02), воздушный поток через нос и рот, а также дыхательные дви­жения грудной и брюшной стенки.

Медицинское определение гласит: «Сон — это регулярно повторяюще­еся состояние обратимого в любой момент, более или менее выражен­ного отсутствия сознания».

Но докторантка Мюнх в соседней комнате, отслеживающая на экране компьютера все важные для сомнологов показатели моей физиологии, ищет совсем другие, не менее, если не более, надежные признаки: так на­зываемые тета-волны, сонные веретена и К-комплексы. Все это — харак­терные рисунки электрической активности головного мозга.

Первым успешно опробовал этот метод на людях неутомимый не­мецкий психиатр Ханс Бергер примерно 80 лет назад. Так он между делом создал предпосылки, без которых современная сомнология во­обще не могла бы существовать. Бергер, заведовавший в Йене невро­логическим отделением, на протяжении года регулярно прикреплял по­допытным на кожу головы тонкие серебряные пластинки и подключал к чувствительному вольтметру. Затем он замерял разницу напряжения между серебряной пластинкой и так называемым индифферентным электродом, подвешенным на голове где-нибудь подальше от мозга, на­пример за ухом. В 1925 г. ему наконец удалось доказать, что живой мозг и вправду самостоятельно порождает колебания напряжения. В 1929 г. он впервые сделал запись электрической активности мозга у спящего.

Бергер также изобрел употребляемые до сих пор названия как для метода в целом, так и для различных вариантов токов мозга. Караку­ли своего прибора он назвал энцефалограммой. Сегодня их обычно именуют электроэнцефалограммой, сокращенно ЭЭГ. Энцефалограм­ма показывает суммарную электрическую активность, возникающую внутри нескольких миллионов нейронов коры мозга, расположенных поблизости от электрода.

Иногда их активность протекает очень ритмично и согласованно, а иногда — вразнобой. В первом случае ЭЭГ будет напоминать правиль­ные волны, поднимающиеся и опускающиеся с интервалом примерно в 0,1 с. Второй вариант отразится на экране как хаотические зигзаги с частотой от 13 до 30 колебаний в секунду. Регулярный узор Бергер назвал альфа-ритмом, а нерегулярный и ускоренный — бета-ритмом. Поскольку при альфа-ритме множество нейронов действует синхрон­но, их напряжение суммируется, так что кривая электрической актив­ности мозга обычно имеет большую амплитуду, чем у бета-волн.

Современные нейробиологи получают с помощью множества за­крепленных в разных местах головы электродов подробнейшую кар­тину работы коры больших полушарий. Когда мы бодрствуем, на эн­цефалограмме можно видеть, какой участок на данный момент воз­бужден, то есть порождает ускоренный бета-ритм, а какой отдыхает, то есть порождает медленные бета- и альфа-волны. Исследования спящих людей показали даже, что одни части мозга в одно и то же время спят глубже, чем другие.

Для обычного наблюдения сна много проводов не требуется. В базельской лаборатории мне прикрепили три электрода на лоб и два — под волосы. В результате получилась совершенно нормальная, ничем не примечательная ЭЭГ работы мозга за целую ночь. Но компью­тер делает больше — он составляет подробную сомнограмму. Раньше она занимала рулон бумаги длиной 300 м. К счастью, в наше время сом-нограмма умещается на небольшом фрагменте жесткого диска. Мой сон был представлен почти в 60 млн отдельных данных, а затем собран в примерно тысячу обозримых 30-секундных отрезков со множеством параллельных зигзагообразных графиков, которые можно последова­тельно рассматривать на экране.

На протяжении примерно 8 ч компьютер 128 раз в секунду сохра­няет 16 показателей: ЭЭГ со всех пяти электродов, электрические по­тенциалы, возникающие при вращении глазных яблок, т. е. электро- окулограмму (ЭОГ), электрическую активность мышц подбородка, так называемую электромиограмму (ЭМГ), и токи сердечной мышцы, всем известную электрокардиограмму (ЭКГ); кроме того, записывается тем­пература тела в нескольких местах корпуса и конечностях.

Такая запись, очень существенная не только для науки, но и для ме­дицины, называется полисомнографией. В зависимости от специальных задач исследования можно также регистрировать воздушный поток через нос и рот и дыхательные движения грудной и брюшной стенки, содержание кислорода в крови, храп, движения рук и ног, а у мужчин с подозрением на нарушение потенции — наличие или отсутствие ночных эрекций. Дело в том, что это явление имеет место у всех физически здо­ровых мужчин, в том числе и тех, кто имеет психически обусловленные проблемы с потенцией. Если же импотенция вызвана физическими при­чинами, то эрекция не наступает и во сне.

Но самую важную информацию о природе и качестве сна дает все же энцефалограмма. На ЭЭГ, снятой у меня в Базеле, доминируют неза­долго до отхода ко сну, пока я еще возбужден и активен, нерегулярные бета-волны. Это совершенно нормально — такой ритм типичен для со­стояния возбуждения и напряженного внимания, причем он тем быст­рее, чем сильнее напрягается мозг. Позже, когда я уже лежу в кровати и постепенно расслабляюсь, появляются ровные альфа-волны — несом­ненный показатель погружения в себя и успокоения.