Природа сна

gordon0030@yandex.ru

Архив выпусков | Участники

↓№ 90↑

26.03.2002 Хронометраж

1:14:00

Что такое сон и почему лишенные фазы парадоксального сна все животные, включая человека, умирают? Почему ночная эрекция бывает не только у мужчин, но и у женщин? О том, чем отличается физиология спящего и бодрствующего человека беседуют доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции Владимир Ковальзон и доктор медицинских наук, профессор кафедры нервных болезней Московской медицинской академии Яков Левин.

Обзор темы

Летом 1997 г. на научной конференции в США отмечалось столетие со дня рождения одного крупного ученого. А небывалым в истории мировой науки это событие стало потому, что на чествовании присутствовал сам юбиляр.

Натаниэль Клейтман — американский психолог и физиолог, крупнейший специалист в области изучения сна первой половины XX века, русский по происхождению.

В 1936 г. Клейтман опубликовал энциклопедическую по охвату проблемы книгу «Сон и бодрствование». В этой книге он впервые сформулировал идею (которую он считает своим крупнейшим научным достижением) о существовании так называемого «основного цикла покоя-активности». Эта концепция намного опередила свое время; она получила полное подтверждение в исследованиях на людях и экспериментах на животных, проведенных в последние десятилетия, и в настоящее время является основой одного из наиболее плодотворных и бурно развивающихся направлений в психофизиологии: исследовании внутрисуточных биоритмов человека. Доказано, что, помимо 25-часового «циркадного», всю нашу жизнь пронизывает полуторачасовый «диурнальный» ритм, определяющий днем чередование сонливости и бодрости, возникновение голода и жажды, а ночью — смену медленного и парадоксального сна.

Само открытие парадоксального сна (или, как они его сами назвали, «сна с быстрыми движениями глаз») было также совершено Клейтманом и его аспирантами Ю. Азеринским и В. Дементом в середине 50-ых гг. По единодушному мнению всех сомнологов, это открытие совершило настоящую революцию в «науке о сне», изменило все представления человечества о природе сна и, в сущности, положила начало подлинно научному подходу к изучению этой проблемы. Согласно точке зрения Клейтмана, отчасти Демента и некоторых их сторонников, сон — это единый процесс, и открытое ими состояние является как бы отражением всего лишь периодического вторжения механизмов бодрствования внутрь процесса сна. Понадобился гений еще одного ученого, который по-настоящему понял, что именно было открыто, создал новую «парадигму» (как говорят философы) — это профессор из Лиона (Франция) Мишель Жуве. Согласно Жуве, парадоксальный сон (этот термин также принадлежит ему) — это не классический сон и не бодрствование, а особое, третье состояние организма, характеризующееся парадоксальным сочетанием внешних, поведенческих признаков сна с чрезвычайно высокой активацией мозга, как бы активное бодрствование, направленное внутрь.

В 60-ые гг. Жуве внес громадный, неоценимый вклад в физиологию сна. Им и его сотрудниками была изучена и досконально описана вся феноменология сна, его анатомическая основа, нейрофизиологические, биохимические, онто- и филогенетические аспекты и пр. В числе экспериментальных открытий Жуве были и совершенно фантастические, например, кошка, демонстрирующая свои сновидения. В конце этого десятилетия Жуве, подводя итоги своим изысканиям, пришел к выводу, что основным биохимическим агентом, ответственным за регуляцию сна в мозге млекопитающих, является нейромедиатор 5-окситриптамин (серотонин), продукт превращений аминокислоты тирозина. Грандиозная новая концепция биохимической регуляции сна, в центре которой находились серотонин и норадреналин — как регулятор парадоксального сна, была опубликована Жуве в журнале Science в 1969 г., а затем и в других изданиях, успела приобрести широкую известность и даже войти в учебники. Однако она не продержалась и нескольких лет, как закачалась и вскоре рухнула окончательно под напором фактов.

Но недаром говорят, что ошибки гения не менее поучительны, чем его победы... В последующие годы, когда стало ясно, что в регуляции сна-бодрствования принимает участие множество веществ различной химической природы — аминокислоты и их производные (ацетилхолин, моноамины), пептиды, нуклеозиды, простагландины, Жуве разработал новую гипотезу, в которой серотонину отводится особое место. Эти драматические события своей жизни Жуве с присущим ему остроумием отразил в одной из своих лекций под названием: «Серотонин и я — история любви» (во французском языке слово серотонин — женского рода).

Подводя итоги своим 35-летним исследованиям в области физиологии и биохимии сна в научно-популярной книге «Сон и сновидения», вышедшей в Париже одновременно с его же фантастическим романом «Замок снов» в том же издательстве Одиль Жакоб, Жуве, перефразируя знаменитое изречение Декарта, писал: «Я сплю, я вижу сны — следовательно, я существую!»

Так что же такое сон? Для чего он нужен организму? Вопрос о функциональном назначении этого столь обыденного состояния кажется настолько наивным, что даже не требует раздумий для ответа: разумеется, для отдыха! Однако такой ответ порождает цепочку новых вопросов: что такое отдых? почему этот отдых столь продолжителен? почему он столь сложно организован? почему он приурочен к определенным периодам суток? почему для отдыха недостаточно телесного покоя, а необходимо еще и выключение органов чувств, что, казалось бы, резко повышает уязвимость по отношению к неблагоприятным факторам среды? почему теплокровные животные, у которых «постоянство внутренней среды является залогом свободной жизни» (Клод Бернар), вынуждены, подобно своим холоднокровным предкам, каждые сутки на несколько часов впадать в состояние неподвижности и ареактивности?

Поскольку идентификация сна, его фаз и стадий производится физиологами на основе общепринятых так наз. «полиграфических» критериев, то кажется естественным определить сущность сна по этим, также внешним, но уже не поведенческим, а физиологическим показателям. Однако и здесь мы сталкиваемся с теми же трудностями: нет ни одного такого признака, который можно было бы рассматривать как достаточный сам по себе для идентификации сна. Отдельные показатели стадий медленного и парадоксального сна могут встречаться иногда и в других состояниях в условиях нормы, а особенно — патологии. Даже совокупность отдельных признаков не всегда может оказаться достаточной для идентификации 30-секундного отрезка записи полиграммы, если не известно, что было до и после этого. Расхождение между поведением и ЭЭГ может отмечаться после более или менее длительных периодов лишения сна. При различных формах патологии и под влиянием фармакологических препаратов могут наблюдаться те или иные изменения в ЭЭГ, «имитирующие» определенные стадии сна.

Какой же признак сна можно считать его необходимым и достаточным условием? Внимательное рассмотрение этого вопроса приводит к выводу, что таким признаком, вероятнее всего, является ритмичность. Именно ритмическое чередование совокупностей определенных физиологических признаков (полиграфических картин) позволяет отличить нормальный сон от монотонных «сноподобных состояний». Соответственно и критерием «нормальности» сна служит неизменность циклического чередования стадий 1–2-3–4 медленного сна, завершающегося эпизодом парадоксального сна. Такой подход позволяет дать современное определение сна, которое может звучать следующим образом:

— «Сон — это особое генетически детерминированное состояние организма человека (и теплокровных животных, т. е. млекопитающих и птиц), характеризующееся закономерной последовательной сменой определенных полиграфических картин в виде циклов, фаз и стадий».

Что же лежит за этим циклическим чередованием, каково функциональное назначение каждой из двух фаз сна? Для того чтобы понять, какова функция данного органа, в физиологии применяют классический метод разрушения: если повредить или удалить данный орган, то, зная последствия и адекватно истолковывая их, можно прийти к определенным выводам относительно его роли. Подобный подход применим и в отношении сна: можно попытаться лишить испытуемого или подопытное животное сна в течение некоторого времени и посмотреть, какие сдвиги происходят при этом в организме и поведении. Первые опыты подобного рода были выполнены более 100 лет назад русской ученой М. М. Манасеиной (1843–1903), которая стала, в сущности, основоположником «науки о сне».

В нашем столетии неоднократно предпринимались попытки выяснить, к каким изменениям в организме приводит лишение сна, как в экспериментах на животных, так и в исследованиях на здоровых испытуемых; однако лишь во второй половине нашего столетия, с началом электроэнцефалографической эры, такие попытки стали научно обоснованными. Проведенные в последние годы исследования на людях дали до некоторой степени парадоксальные результаты: при депривации в течение одних или нескольких суток как можно более мягким, щадящим способом никаких серьезных нарушений в организме и психике субъектов не отмечалось. Наблюдалась лишь повышенная сонливость, утомляемость, раздражительность, рассеянность; возникает впечатление, что главным результатом лишения сна является... нарастающая потребность во сне!

Естественно, такие исследования на людях не могут продолжаться более 2–3 суток; поэтому изучение последствий длительного лишения сна может быть выполнено только в опытах на животных. Такие опыты были проведены в 80-ые годы группой американских авторов (А. Речшаффен и сотр.); они дали результаты принципиальной важности, которые, в сопоставлении с некоторыми другими данными по хроническому экспериментальному лишению сна инструментальными методами, позволяют выдвинуть неожиданное предположение о теоретической невозможности депривации медленного сна (всего сна).

Например, если лишать подопытное животное сна, ориентируясь на сонные веретена, то через некоторое время, по достижении определенного уровня «давления сна», животное будет спать, демонстрируя на ЭЭГ дельта-волны без сонных веретен; наоборот, если депривировать медленные волны, то животное будет показывать сон с веретенами без медленных волн. Если депривировать и те, и другие, то можно видеть бесконечное разнообразие способов «ускользания» медленного сна от депривации: временное «дробление» сна на очень короткие периоды, пространственную «локализацию», когда сон протекает в отдельных участках мозга (подобный феномен был описан в опытах на обезьянах доктором биологических наук, сотрудником Института проблем передачи информации РАН. И. Н. Пигаревым; предельный случай — это чередующийся однополушарный медленный сон у дельфинов и ушастых тюленей, открытый кандидатом биологических наук, сотрудником Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН. Л. М. Мухаметовым с сотр.) и т. д. В любом случае через несколько недель от начала хронической депривации у крыс «давление» медленного сна спадало и, если депривация прекращалась, то «отдачи» медленного сна не было. Ясно, что происходил вначале рост этого «давления», а затем, по достижении некоторого критического уровня — его эффективное «стравливание» путем постепенной адаптации феноменов и структуры медленного сна к условиям депривации. Причины этого явления будут рассмотрены после изложения механизмов сна-бодрствования (см. далее).

Совершенно противоположные результаты были получены в отношении парадоксального сна. Это состояние можно весьма эффективно подавить инструментальными методами; более того, опыты Речшаффена и сотр. показали, что, какой бы вид депривации сна не проводился — тотальное лишение сна, избирательное лишение глубокого медленного или парадоксального сна — результатом всегда было критическое подавление именно парадоксального сна, приводившее рано или поздно к одним и тем же драматическим последствиям во внешнем виде, поведении и внутренних органах, завершавшимся через несколько недель от начала депривации неизбежной гибелью животных. Характерно, однако, что никаких «специфических» последствий депривации обнаружить не удалось и непосредственная причина гибели животных выявлена не была.

Особый интерес представляет описанное этими авторами резкое падение амплитуды ЭЭГ у крыс, которые подвергались хроническому лишению сна, служившее предвестником смерти: оно возникало каждый раз примерно за сутки до гибели животного. Если на этом фоне эксперимент прекращался, то крыса уже не могла заснуть и амплитуда ЭЭГ не восстанавливалась; смерть все равно наступала в течение суток. Следовательно, это падение амплитуды ЭЭГ указывало на какое-то необратимое нарушение механизмов мозга, вызванное лишением парадоксального сна. Если же опыт прекращался на позднем этапе депривации, но до наступления этого критического момента, то наблюдалась мощная «отдача» только парадоксального сна, независимо от того, какой вид депривации применялся — лишение всего сна, парадоксального сна или глубокого медленного сна.

Таким образом, опыты с длительным лишением сна у лабораторных животных еще раз показывают, что под понятием «сон» таятся два принципиально различных состояния организма — медленноволновая и парадоксальная (быстрая) фазы, подтверждая гениальную догадку М. Жуве, высказанную впервые сорок лет назад.

Один из главных вопросов, волновавших физиологов еще со времен И. П. Павлова — это существование в мозге «центра сна». Прямое изучение нейронов, вовлеченных в регуляцию сна-бодрствования, проведенное во второй половине нашего столетия, показало, что нормальное функционирование таламо-кортикальной системы мозга, обеспечивающее весь спектр сознательной деятельности человека в бодрствовании, возможно только при наличии тонических мощных воздействий со стороны определенных подкорковых структур, называемых активирующими. Благодаря этим воздействиям мембрана большинства кортикальных нейронов в бодрствовании деполяризована на 10–15 мв по сравнению с потенциалом покоя (−65/−70 мв). Только в таком состоянии тонической деполяризации эти нейроны способны обрабатывать и отвечать на сигналы, приходящие к ним от других нервных клеток, как рецепторных, так и внутримозговых. Таких систем тонической деполяризации, или активации мозга (их можно условно назвать «центрами бодрствования»), как сейчас ясно, несколько — вероятно, пять или шесть, и локализуются они на всех уровнях мозговой оси: в ретикулярной формации ствола, в области синего пятна и дорзальных ядер шва, в заднем гипоталамусе и базальных ядрах переднего мозга. В качестве медиаторов нейроны этих отделов мозга выделяют глутаминовую и аспарагиновую кислоты, ацетилхолин, норадреналин, серотонин и гистамин. Активность этих медиаторов модулируется многочисленными пептидами, с которыми они со-локализуются в одних и тех же везикулах. У человека нарушение деятельности любой из этих систем не может быть скомпенсировано за счет других, несовместимо с сознанием и приводит к коме.

Казалось логичным предположить, что если в мозге есть «центры бодрствования», то должен быть по крайней мере один «центр сна». Однако детальное изучение свойств нейронов, проведенное в последние годы, показало, что система поддержания бодрствования (активации коры) организована таким образом, что в нее «встроен» механизм положительной обратной связи, представляющий собой особые нейроны, функцией которых является торможение активирующих нейронов, и которые сами тормозятся этими нейронами. Эти нейроны разбросаны по разным отделам мозга, хотя и отмечено их скопление в ретикулярной части черного вещества; общим для них является выделение одного и того же химического посредника — гамма-аминомасляной кислоты, главного тормозного вещества мозга. Таким образом, стоит только активирующим нейронам по каким-то причинам ослабить свою активность, так включаются тормозные нейроны и ослабляют ее еще более. Процесс развивается по нисходящей в течение некоторого времени, пока не срабатывает некий «триггер» и вся система перебрасывается в другое состояние — либо бодрствования, либо парадоксального сна. Объективным отражением этого процесса является хорошо известная смена картин в электрической активности головного мозга по ходу 90-минутного цикла сна человека.

В последние годы внимание исследователей привлечено еще к одной эволюционно древней тормозной системе в головном мозге, использующей в качестве медиатора нуклеозид аденозин. Японскими авторами (Хаяйши и соавт.) показана важнейшая роль синтезируемого в мозге простагландина D2 в модуляции аденозинергических нейронов. Принимая во внимание, что вся простагландиназа-D мозга содержится в мозговых оболочках и хороидном плексусе, становится очевидной важнейшая роль этой системы в формировании определенных видов патологии сна: гиперсомнии при некоторых черепно-мозговых травмах и воспалительных процессах менингиальных оболочек, африканской «сонной болезни», вызываемой трипаносомой, которая передается через укусы мухи це-це и пр.

Прямая регистрация одиночной активности нейронов мозга в экспериментах на лабораторных животных показала, что, если в бодрствовании, в состоянии тонической деполяризации, характер разрядов таламо-кортикальных клеток высоко индивидуализирован, то по мере углубления сна и нарастания синхронизированной активности в ЭЭГ он коренным образом изменяется: доминируют все более мощные тормозные постсинаптические потенциалы (ТПСП), перемежающиеся периодами экзальтации — высокочастотных вспышек нейронных разрядов; такой рисунок нейронной активности называется «пачка-пауза». Активность нейронов становится менее индивидуализированной, более «хоровой»; в целом, условия для переработки информации в мозге, причем не только той, что поступает от органов чувств, но и той, что хранится в памяти, резко ухудшаются. Однако средняя частота импульсации корковым и таламических нейронов не снижается, а у ГАМК-эргических интернейронов она даже значительно повышается. Что касается нейронов активирующих систем, то их разряды прогрессивно урежаются. Эти нейрофизиологические феномены хорошо коррелируют с известными данными о постепенном торможении психической активности по мере углубления медленного сна у человека.

Если с точки зрения нейронной активности бодрствование можно описать как состояние тонической деполяризации, то медленный сон является состоянием «тонической гиперполяризации». При этом направление перемещения основных ионных потоков, формирующих потенциал мембраны нейрона и участвующих в проведении нервного импульса по аксону (катионов Na++, K+, Ca++, анионов Cl-), а также важнейших макромолекул — из клетки во внеклеточную жидкость и обратно — меняется на противоположное.

Таким образом, можно было бы сказать, что функция медленного сна — чисто восстановительная; в этом состоянии происходит восстановление мозгового гомеостаза, нарушенного в ходе многочасового предшествующего бодрствования. С этой точки зрения бодрствование и медленный сон — как бы «две стороны одной медали». Периоды тонической деполяризации и гиперполяризации должны периодически сменять друг друга для сохранения постоянства внутренней среды головного мозга и обеспечения нормального функционирования таламо-кортикальной системы — субстрата высших психических функций человека. Отсюда ясно, с одной стороны, почему эволюция не создала в мозге единого «центра медленного сна» — это сделало бы всю систему значительно менее надежной, более жестко детерминированной, зависящей полностью от «капризов» этого центра в случае каких-либо нарушений его функционирования.

С другой стороны, становится понятным и невозможность длительного полного подавления медленного сна, о чем говорилось выше; действительно, в норме активность периодически сменяется покоем, бодрствование — медленным сном, охватывающим весь мозг целиком. В то же время в искусственных условиях хронической инструментальной депривации мозговая ткань способна на любые «ухищрения», при которых механизмы бодрствования и медленного сна начинают функционировать диффузно и одновременно. При этом, разумеется, нормальное поведение становится невозможным, зато восстановление мозгового гомеостаза достигается, несмотря на депривирующее воздействие.

Совершенно по-другому обстоит дело с парадоксальным сном. В отличие от медленного сна, это состояние имеет ярко выраженную активную природу. Парадоксальный сон запускается из четко очерченного центра, расположенного в задней части мозга, в области варолиева моста и продолговатого мозга. Химическими передатчиками сигналов этих клеток служат ацетилхолин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты. Во время парадоксального сна клетки мозга чрезвычайно активны, однако информация от «входов» (органов чувств) к ним не поступает, и на «выходы» (мышечную систему) не подается. В этом и заключается парадоксальный характер этого состояния, отраженный в его названии.

По-видимому, при этом интенсивно перерабатывается та информация, которая была получена в предшествующем бодрствовании и хранится в памяти; согласно гипотезе М. Жуве, в парадоксальном сне происходит каким-то непонятным пока образом передача наследственной, генетической информации, имеющей отношение к организации целостного поведения, в нейрологическую память. Подтверждением такого рода интенсивных психических процессов служит появление в парадоксальном сне эмоционально окрашенных сновидений у человека, а также обнаруженный М. Жуве с соавт. и детально исследованный Э. Моррисоном с соавт. феномен демонстрации переживаемых сновидений кошками с особыми разрушениями в области синего пятна, снимающими спинальное торможение в этом состоянии.

Таким образом, в последние годы достигнут значительный прогресс в изучении исполнительных механизмов медленного и парадоксального сна. Но если в отношении первого некоторое понимание его функционального назначения начинает, кажется, вырисовываться, то в отношении второго такое понимание полностью отсутствует. Действительно, если тоническая деполяризация и гиперполяризация таламо-кортикальной системы взаимно дополняют друг друга, то зачем мозгу нужна еще одна деполяризация, для чего нужна парадоксальная периодическая активация мозга на фоне поведенческого сна?

Поскольку логика живого — это его история, то попробуем восстановить эволюцию сна, используя данные сравнительной физиологии.

Таких данных к настоящему времени накоплено уже довольно много, и они подробно рассмотрены в ряде обзоров. Показано, что основные признаки медленного и парадоксального сна, описанные у человека, отмечаются у всех теплокровных животных — млекопитающих и птиц. При этом характерно, что, несмотря на некоторые весьма интересные отличия, связанные с особенностями экологии данного вида, детальное рассмотрение которых выходит за рамки данной статьи, в целом никакого существенного усложнения количественных и качественных проявлений медленного и особенно парадоксального сна в ходе прогрессивной энцефализации и кортиколизации в ряду млекопитающих не обнаруживается.

Так, примитивное сумчатое млекопитающее — американский опоссум, чей мозг по ряду анатомических признаков сохраняет «рептильи» черты, имеет ту же электрофизиологическую феноменологию обеих фаз сна, что и высокоорганизованные млекопитающие с развитой корой, например, хищные, и мало отличается от сна приматов и человека. Представленность парадоксального сна у опоссума очень высока — до одной трети всего сна, больше, чем у человека (20–25%). Однако еще более высок этот показатель у высокоразвитого млекопитающего с весьма сложным поведением — у хорька (до 40%). До недавнего времени считалось, что имеются лишь два исключения из общего правила — это древнейшее яйцекладущее млекопитающее — австралийская ехидна и высокоорганизованные млекопитающие, живущие в воде, но дышащие воздухом — дельфины, которые не имеют парадоксального сна. Однако в последние годы были получены убедительные доказательства наличия парадоксального сна у другого яйцекладущего млекопитающего — утконоса, причем он занимает у этого животного рекордно высокий процент — около половины всего сна. Появились также два независимых сообщения об обнаружении признаков парадоксального сна и у ехидны, однако эти данные вызывают серьезные сомнения и нуждаются в подтверждении. Вместе с тем, поскольку в эволюции однопроходных появление утконоса произошло значительно раньше, чем ехидны, мозг которой гораздо крупнее и сложнее организован, а кора больших полушарий имеет борозды и извилины, то совершенно очевидно, что редукция парадоксального сна у последней имеет вторичный характер и возникла в ходе адаптивной радиации этого вида.

Что же касается дельфинов, то недавние поведенческие наблюдения, сопровождаемые видеозаписями, проведенные Л. М. Мухаметовым с сотр. на нескольких видах китообразных, показали, что короткие периоды парадоксального сна у этих животных, все же, по-видимому, имеют место.

Напротив, сон пойкилотермных (холоднокровных) позвоночных носит монотонный характер, а поскольку электрическая активность мозга у них даже при пребывании в условиях повышенной окружающей температуры резко отличается от ЭЭГ млекопитающих, то говорить о наличии у них тех или иных аналогов медленного и парадоксального сна в настоящий момент затруднительно. Особенно загадочно выглядит в этой связи возникновение и эволюция парадоксального сна: ведь это состояние по совокупности морфологических и функциональных показателей явно архаично. Достаточно напомнить, что парадоксальный сон запускается из наиболее древних, каудально расположенных структур — ромбовидного и продолговатого мозга; специальные опыты показали, что для периодического возникновения этого состояния сохранности более высоко лежащих отделов мозга не требуется. Парадоксальный сон, как уже указывалось выше, доминирует в раннем онтогенезе. У взрослых животных в этом состоянии исчезает терморегуляция, организм на время становится пойкилотермным и т. д. Чрезвычайно высока представленность парадоксального сна у самых древних из ныне живущих видов млекопитающих — яйцекладущего утконоса и сумчатого опоссума. Казалось бы, парадоксальный сон должен быть главным или даже единственным видом сна у холоднокровных позвоночных — пресмыкающихся, земноводных и рыб. Однако, хотя эта проблема исследована и явно недостаточно, никаких убедительных доказательств этому пока не получено.

С другой стороны, если бы состояние парадоксального сна появилось в эволюции раньше, чем медленноволнового, то какова могла быть его функция? Ведь парадоксальный сон, как ясно из всего вышеизложенного — отнюдь не покой, это тоже активность мозга, своеобразное «бодрствование, направленное внутрь». Зачем мозгу холоднокровного два вида бодрствования? И когда он «отдыхает»?

Для решения этого противоречия мы предлагаем гипотезу (см. схему), согласно которой в поведении пойкилотермов имеются два состояния — активности и покоя. В состоянии активности мозг холоднокровных реализует главным образом генетически закрепленные программы поведения; возможности обучения, приобретения нового опыта у этих животных крайне ограничены. В состоянии покоя организм этих животных остывает, а мозг «выключается».

При появлении в эволюции гомойотермии мозг получает способность работать и в состоянии покоя, так что состояние с неактивным, «выключенным» мозгом исчезает. Появляются два эволюционно новых состояния — бодрствование и медленный сон теплокровных, связанные с тонической де- и гиперполяризацией коры мозга, соответственно. Общеизвестно и не требует аргументации, что бодрствование млекопитающих в несравненно большей степени гибко, адаптивно и восприимчиво к изменению внешних условий. У высокоорганизованных млекопитающих с крупным и хорошо развитым мозгом индивидуальный опыт, «память индивида», играет не меньшую роль, чем наследственность, «память вида». Что же касается «примитивного» бодрствования холоднокровных, то его механизмы не исчезают, но теряют способность анализировать экстероцептивные сигналы и непосредственно управлять поведением, это состояние перемещается из суточной фазы активности в фазу покоя и превращается в парадоксальный сон — архаическое бодрствование, функцией которого является своего рода программирование мозга в соответствии с планами врожденного поведения, адаптация этих программ в соответствии с приобретаемыми навыками в ходе индивидуального развития.

Таким образом, в соответствии с этой гипотезой, состояния бодрствования («неободрствование») и медленного сна появляются в эволюции одновременно с возникновением гомойотермии, а парадоксальный сон представляет собой как бы «археободрствование», результат эволюционной трансформации примитивного бодрствования холоднокровных.

Таким образом, если относительно исполнительных механизмов трех функциональных состояний мозга — бодрствования, медленного сна и парадоксального сна — известно уже довольно много, то в отношении модулирующих механизмов, определяющих попеременное переключение вышеописанных нейронных систем, циклическое чередование этих состояний, их приуроченность к определенным периодам суток и связь с освещенностью, до недавнего времени было неизвестно почти ничего. Сейчас, однако, мы уже знаем по крайней мере две системы мозга, играющие важнейшую роль в модуляции состояний сна-бодрствования: это, во-первых, супрахиазматические ядра преоптической области переднего гипоталамуса и, во-вторых, эпифиз мозга и выделяемый им гормон мелатонин.

Супрахиазматические ядра — небольшое, но исключительно важное парное образование, расположенное в глубине мозга, над зрительным перекрестом, имеющее прямой вход от сетчатки глаза и обширные связи с различными отделами мозга, в том числе регулирующее (через посредство симпатической нервной системы) высвобождение гормона мелатонина эпифизом. По-видимому, нейроны этих ядер играют роль своего рода «генератора тактовых импульсов» в мозге — устройства, без которого не обходится ни одна информационная машина. Супрахиазматические ядра являются важнейшим механизмом формирования ритма активности-покоя, эволюционно гораздо более раннего, чем цикл сна-бодрствования. Этот ритм возник, по-видимому, на заре эволюции, у первых беспозвоночных с зачатками нервной системы; по отношению к циклу сна-бодрствования он играет роль синхронизатора, «привязывая» состояния в цикле сон-бодрствование к определенным периодам местного времени. При этом бодрствование должно «укладываться» в периоды активности, а медленный и парадоксальный сон — в периоды покоя. Нарушение этой четкой биологической закономерности приводит к десинхронозу — явлению, при котором человек испытывает затруднения при засыпании, слишком раннее или слишком позднее пробуждение и, соответственно, сонливость во время бодрствования. Десинхронозы суммируются с эффектами частичной депривации — «хронического недосыпания» — усугубляя негативные влияния современной цивилизации (особенно выраженные в таких ситуациях, как сменная работа, трансмеридианальные авиаперелеты и т. п.) на фундаментальные биологические характеристики организма человека, какими являются ритм активности-покоя и цикл сна-бодрствования.

Регуляция сна-бодрствования является вторично-подчиненной по отношению к навязываемому нейронными осцилляторами супрахиазматических ядер внутрисуточному рмтму активности-покоя в той же мере, что и регуляция температуры тела, секреции гормона роста и кортикостероидов и др. Этот ритм, его механизмы являются главным эндогенным модулятором смены состояний в ряду бодрствование — медленный сон — парадоксальный сон. Для количественного описания взаимодействия двух систем — циркадной системы регуляции активности-покоя и гомеостатической системы регуляции сна-бодрствования — была предложена модель (А. А. Борбели), согласно которой первая система работает, как часы с циферблатом, а вторая — как песочные часы, и оба типа часов взаимодействуют друг с другом. Эта модель хорошо описывает и правильно предсказывает поведение системы при ее отклонении в таких случаях, как депривация сна, нарушения при эндогенной депрессии и пр., однако только в отношении медленного сна. В отношении же парадоксального сна пока такой математической модели разработать не удалось. Именно эти важнейшие механизмы остаются наименее изученными по сию пору. Можно с уверенностью утверждать, что эта проблема в силу теоретической и практической значимости будет находиться в центре внимания физиологов и нейробиологов в начале следующего века.

Эпифиз же, исторически являвшийся третьим глазом холоднокровных, у млекопитающих утерял как способность непосредственно реагировать на свет, так и прямые нервные связи с остальным мозгом, и превратился в железу внутренней секреции. У человека эпифиз особенно активен в раннем онтогенезе, когда его основной функцией является, по-видимому, торможение гормонов передней доли гипофиза. В зрелом же возрасте на первый план выходит другая особенность эпифиза — его способность синтезировать и выбрасывать гормон мелатонин в соответствии с информацией о внешней освещенности, поступающей от сетчатой оболочки глаз через зрительный нерв к супрахиазматическим ядрам, оттуда в латеральный гипоталамус, спинной мозг и симпатические нервы к пинеалоцитам — клеткам эпифиза. Симпатические нервные окончания в эпифизе в темное время суток выделяют норадреналин, запускающий механизм образования мелатонина. Синтез и реализация мелатонина происходит только в темноте и блокируется на свету независимо от того, какой образ жизни ведет данное животное — дневной, ночной или сумеречный. Интересно, что супрахиазматические ядра весьма богаты рецепторами мелатонина, т. е. обе системы взаимодействуют между собой.

Исследования на людях, эксперименты на обезьянах и других диурнальных (дневных) млекопитающих подтвердили прямое участие мелатонина эпифиза в модуляции сна. По-видимому, функция эпифиза и выделяемого им мелатонина у человека — обеспечить «привязку» покоя и сна к темному, а активности и бодрствования — к светлому периоду суток. Именно нарушение естественного чередования светлого и темного периодов суток в условиях цивилизации — так наз. «эффект Эдисона», о котором говорилось во введении, является одной из важнейших причин возникновения десинхронозов, особенно выраженных в пожилом возрасте, когда четкость срабатывания мелатонинового осциллятора ослабляется.

Надо сказать, что, поскольку функция эпифиза у взрослого человека была неизвестна, то его роль в течение многих десятилетий недооценивалась; считалось, что в период полового созревания верхний мозговой придаток редуцируется. Функция эпифиза как железы внутренней секреции, выделяющей гормон мелатонин, была выявлена в конце 50-ых гг. и стала интенсивно изучаться лишь в последнее время в связи с обширным применением синтетического мелатонина в медицине и соответствующей рекламной шумихой (См.: Пьерпаоли В., Регельсон У. Чудо мелатонина. М.:«Бином», 1997). Поскольку, с одной стороны, наши знания в отношении функции мелатонина (и эпифиза вообще) весьма ограничены, а перспективы фармакологического применения этого вещества и его производных действительно значительны, то неудивительно, что исследования в этой области представляют собой одну из наиболее бурно развивающихся «точек роста» в нейробиологии.

Таким образом, модуляторные механизмы, расположенные в супрахиазматических ядрах и эпифизе, обеспечивают упорядочение процессов сна-бодрствования, их «привязку» к определенному времени суток. Однако совершенно очевидно, что на эти процессы оказывают свое воздействие и другие факторы внешней среды: во-первых, алиментарные (т. е. вещества, поступающие в наш организм с пищей и питьем) и, во-вторых, стрессорные (стрессоры). Особенно интересны с теоретической и важны с практической точки зрения такие стрессоры, которые вызывают так называемый эмоциональный стресс. Физически сила такого раздражителя может быть совершенно ничтожной, но его значимость для организма столь велика, что вызывает целый каскад нервных и гормональных реакций; типичный пример — неосторожно сказанное слово, услышав которое, человек теряет сон на всю ночь...

Практически неизвестным, однако, остается тот механизм (очевидно, биохимический, гуморальный, поскольку речь идет о медленно протекающих процессах), посредством которого происходит воздействие внешних стрессоров на нейронные системы, определяющие наступление и циклическое чередование обеих фаз сна. На эту роль требуются вещества, обладающие более длительным сроком жизни в организме, чем «классические» нейромедиаторы, перечисленные выше в разделе «Механизмы сна», менее специфичные по отношению к рецепторам, способные переносится током ликвора (спинномозговой жидкости) и диффундировать по межклеточной жидкости, оказывая воздействия на более обширные области в мозге, иногда довольно удаленные от места выброса. Такие вещества стали известны сравнительно недавно — это регуляторные пептиды, продукты прицельного расщепления белков, эволюционно древние передатчики, широко распространенные в мозге и организме и играющие важную роль в целом ряде физиологических процессов. Попытке ответить на вопрос о психофизиологии взаимоотношений сна и стресса и возможной роли некоторых регуляторных пептидов посвящены наши экспериментальные исследования.

Библиография

Борбели А. Тайна сна/Пер. и прим. В. М. Ковальзона. М., 1989.

Вейн А. М. Три трети жизни. М., 1991.

Ковальзон В. М. Природа сна//Природа. 1999. № 8.

Ковальзон В. М. «Я вижу сны — значит, я существую!»//Химия и жизнь. 2000. № 2.

Ковальзон В. М. Необычайные приключения в мире сна и сновидений//Природа. 2000. № 1.

Ковальзон В. М. Стресс, сон и нейропептиды//Природа. 1999. № 5.

Корен С. Тайны сна. М., 1997.

Манассеина М. М. Сон как треть жизни человека, или физиология, патология, гигиена и психология сна. М., 1892.

Behavioral and Brain Sciences. 2000. V.23. N6.

Handbook of Sleep Medicine. Malden: MA, 2000.

Jouvet M. Le sommeil et le rêve. Paris, 1992.

Kleitman N. Wakefulness and Sleep. Chicago, 1963.

The Regulation of Sleep. Strasbourg, 2000.

Тема № 90

Эфир 26.03.2002

Хронометраж 1:14:00

www.ntv.ru

Сайт управляется системой uCoz