Измерение сна
Куда «уходит» наше сознание ночью? Почему мозг никогда не спит? Где локализована душа человека? Как пробуждение и засыпание связаны с электричеством? Может ли сон быть оружием? Наконец, работают ли гаджеты по управлению сновидениями?.. Над «сонными» вопросами человечество ломает голову уже не один век, но только в последние годы сомнологи подобрались к ответам вплотную. А все потому, что наука о снах стала прорывной областью физиологии. Какие открытия нам это сулит, какие новые проблемы поставит, выяснял «Огонек»
Ковальзон,
сомнолог
Наш собеседник — ведущий российский cомнолог, член американского и европейского научных обществ по изучению сна, главный научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН Владимир Ковальзон.
— Владимир Матвеевич, скажите для начала: чем объясняется бум открытий в области сомнологии в последнее время? Какие из них самые важные?
— Вообще, сомнология — одна из наиболее бурно развивающихся сегодня наук. Открытия — каждый год, а примерно раз в 10 лет вся научная парадигма представлений о бодрствовании и сне меняется. Связано это в первую очередь с появлением новых методов изучения работы мозга. Пример: раньше мы могли очень грубо выключать большие участки мозга, а сегодня, благодаря новым технологиям, можно прицельно регулировать работу конкретных нейронов. Благодаря этому и стало понятно, что мозг работает совсем не так, как мы думали. Это не похоже ни на компьютер, ни на нейросеть, а напоминает скорее аналоговую машину: мозг весь состоит из блоков, которые взаимодействуют друг с другом, при том что между ними нет никакой видимой связи.
— А как это поменяло наши представления о сне?
— Чтобы объяснить, требуется отступление. Еще в середине XX века в мозге было открыто особое образование, которое, как считалось, вызывает бодрствование. Благодаря тому, что внутри этого центра активны нейроны, мы не спим, у нас работают мышцы, которые позволяют сидеть прямо, вставать, ходить и так далее. Повреждение этого участка связывали с разными видами комы. И вот в 2011-м физиологи с помощью новейших методов начали прицельно выключать этот центр у кошек и… ничего не происходило. Решили, что опыты некорректны, но результат повторился на мышах, на других животных. И тогда занялись этой системой заново. В конце прошлого года были опубликованы потрясающие результаты. Оказалось, сама система состоит из нескольких блоков, и в ней есть совсем миниатюрная часть, именно она связана с комой, стоило коснуться ее при разрушении, как у животных через несколько дней наступала кома. После обширного исследования та же структура была найдена у человека. Оказалось, за наше сознание отвечают всего 2 кубических миллиметра ткани мозга! При том что сам мозг у человека огромный — он даже с трудом помещается в черепную коробку.
Точка сознания
— Значит, эта точка и включает наше сознание?
— Да, на лекциях я говорю, что это место «локализации души». Представляете, как все тонко устроено! Прямо как в сказке, где смерть Кощея запрятана на кончике иглы. По сути, сознание человека на таком кончике иглы и находится. А если этот микроскопический блок разрушится, человек никогда не выйдет из комы, хотя весь остальной его мозг и прочие системы организма будут работать нормально.
— И где же расположена такая важная часть?
— В самом геометрическом центре мозга. При этом, видимо, у правшей она смещена в левое полушарие, а у левшей — в правое. После открытия этого центра, ученые решили проследить, с чем эта зона мозга связана функционально, что начинает работать одновременно с ней. И оказалось, что вместе с ней включаются две другие очень малые зоны — скопление особых нейронов, о которых до того ничего толком не знали. Их называют по имени первооткрывателя — нейроны фон Экономо. Это довольно странные нервные клетки: они огромны по сравнению с другими и к ним подходят дендриты из всех слоев коры, которая, как известно, отвечает за высшую нервную деятельность. Оказалось, что эти две зоны связаны с разными аспектами нашего сознания. Работа первой зоны означает, что человек очнулся ото сна, то есть он осознает себя не спящим. А вторая зона условно отвечает за осознание себя тем, кем мы являемся. На мой взгляд, это величайшее открытие в истории исследования мозга.
— У животных тоже есть такие зоны?
— У мышей, собак и кошек нет. Они появляются только у тех животный, чей мозг весит больше 300 граммов, а таковых немного: дельфины, слоны и человекообразные обезьяны. Это, как известно, самые умные животные. Но если сравнивать, то у человека количество таких странных нейронов несравнимо больше.
— А как эта сложная система ведет себя во сне? Куда в это время девается сознание?
— Это интереснейший вопрос. Раньше считалось, что сон, в отличие от бодрствования, структура достаточно простая. Но теперь понятно, что это не так. В отличие от комы или наркоза во время засыпания отключение нейронов фон Экономо происходит крайне бережно и аккуратно, поэтому мы не засыпаем в одно мгновение. Это понятно с точки зрения эволюции: если бы наши предки засыпали мгновенно, не успев спрятаться, их бы всех уничтожили хищники.
Скопления нервных клеток, разбросанных по всему головному и спинному мозгу, выделяют целый каскад биохимических веществ. В результате сложнейшей работы разных групп клеток сознание отключается постепенно. Но как именно они координируют свои действия и как они связаны друг с другом, ответов пока нет.
Что делает мозг, когда мы спим
— Вы говорили о новых методах. А дают они понимание, что делает мозг во сне? И почему человеку так важно спать значительную часть своей жизни?
— Уточню сразу: мы до сих пор точно не знаем, зачем человек спит, хотя на этот счет есть сотни теорий. Для начала напомню: наш сон — процесс циклический. Каждый цикл длится полтора часа. Если, предположим, разбудить человека в конце этого цикла, он будет чувствовать себя отдохнувшим. Но в сутки все равно нужно проспать 5–6 таких циклов.
А внутри каждого цикла сон бывает двух видов: медленный, или ортодоксальный, когда человек условно спит спокойно и равномерно дышит. И сон быстрый, парадоксальный, который у взрослого человека занимает примерно 15–20 процентов времени от общего сна.
Так вот, большая часть теорий связана с медленным сном. Уже понятно, что во время сна у нас включаются совсем не те гены, что работают во время бодрствования. Они отвечают за синтез ряда молекул и белков, связанных с регуляцией внутренних органов. В частности, иначе работают гены, связанные с обменом холестерина, почему-то именно ночью формируются клеточные мембраны, регулируется жировой обмен, и т.д. Что касается самого мозга, то тут тоже немало нового. Так, стало ясно, что во время глубокого медленного сна мозг вымывает из себя токсины.
— Как это происходит?
— Считалось, что клетки в мозге расположены очень близко друг к другу. Но пару лет назад поняли: между ними есть пространство, по которому течет межклеточная жидкость. Во сне в мозге синтезируется много белков, и в ходе этого часто происходят поломки, образуются «уродливые» молекулы, которые «захламляют» мозг. Так вот, при медленном сне межклеточная жидкость прокачивается по каналам и вымывает обломки таких молекул, по сути, токсины, в спинномозговую жидкость, оттуда — в печень и почки.
Более того, недавно выяснилось, что ионы, которые содержатся в этих канальцах, играют важную роль в переходах от бодрствования ко сну и обратно. Если в межклеточной жидкости накапливается калий и падает концентрация кальция с магнием, происходит пробуждение. И наоборот. То есть некоторые функции сна связаны с восстановлением электролитного баланса.
— А почему организм, которому не дают спать, погибает довольно быстро? Что ломается в первую очередь?
— Ответ на этот вопрос появился совсем недавно, хотя знаменитые работы с депривацией (лишением.— «О») сна были сделаны одним из отцов-основателей сомнологии Алленом Рекшаффеном. Он с группой коллег придумал карусель, на которой крысам не давали спать, при том что других стрессов они не испытывали. Несмотря на это, животные умирали, и исследователи многие годы не могли понять из-за чего. Ответ был получен лишь в начале ХХI века: оказалось, крысы умирали от… сепсиса, то есть от заражения крови. Отсутствие сна приводит к тому, что в организм попадают кишечные микроорганизмы, чему обычно препятствуют клетки иммунной системы. Так что сон нужен для нормального функционирования иммунной системы — это одна из новых интересных теорий, которую сегодня разрабатывает мой коллега из США Джим Крюгер.