Что происходит с мозгом во сне когда сняться сны. Характер активности мозговых структур в процессе сна Какое полушарие отвечает за сон

Сон так и остаётся одной из самых больших загадок для неврологии. Хотя мы тратим на сон примерно треть нашей жизни, этот процесс ещё практически не изучен. Но к счастью, в течение последних нескольких лет учёным удалось добиться значительных успехов в изучении нейронной цепи мозга, отвечающей за процесс сна.

Общепризнанно, что сон состоит из нескольких различных фаз, и что ежедневный процесс сна являет собой взаимодействие этих фаз, что делается по очень сложному механизму. К тому же на фазы сна влияют такие факторы, как суточные ритмы, температура тела, гормоны и т.д.

Сон очень важен для таких функций человеческого организма как концентрация, память и координация. В результате недостаточного сна, человек может испытывать сложности с концентрацией и скоростью реакции – в действительности, недосыпание может привести к столь же негативному эффекту, что и принятие алкоголя.

Также сон имеет очень большое значение для эмоционального состояния человека. Появляется всё больше и больше доказательств того, что недостаток сна повышает риск появления различных сердечных и сердечно-сосудистых заболеваний, включая сердечные приступы, апоплектический удар, повышенное или пониженное кровяное давление, а также ожирения или различного рода инфекций.

Нарушение сна – одна из самых распространённых проблем, затрагивающая около 70 миллионов человек, большинство из которых даже не задумываются над тем, насколько серьёзные последствия она может повлечь.

Перечисленные выше заболевания – лишь малая часть; недостаток сна может привести даже к смерти: затраты на лечение, травмы на производстве, утраченная производительность – всё это обходится не меньше, чем в 100 миллиардов долларов. Учёные по всему миру пообещали разработать новые способы борьбы с недосыпанием и пока вполне успешно выполняют своё обещание.

Деятельность головного мозга во время сна

Хотя, казалось бы, сон – пассивный процесс и процесс полного отдыха, на самом деле он требует очень активного взаимодействия различных частей головного мозга для того, чтобы одна фаза сна могла сменять другую.

Фазы сна были обнаружены в 50-х годах XX века при помощи электроэнцефалографии (ЭЭГ), когда изучались колебания головного мозга во время сна.

Также были изучены движения глаз и конечностей. Учёные обнаружили, что в течение первого часа сна головной мозг проходит через определённые процессы, которые приводят к замедлению нейронных колебаний. Эта фаза сна, так называемый «медленный сон», сопровождается также расслаблением мышц, в том числе и глазных. Также снижается частота сердцебиения, уровень кровяного давления и температура тела. Если человека разбудить в этот момент, он вспомнит лишь различные обрывки мыслей и образов, но не весь сон целиком.

В течение последующего получаса (или около того) мозг кардинально меняет свою деятельность. Уровень корковых нейронных колебаний в этой фазе сна очень походит на уровень колебаний бодрствующего человека. Невероятно, но период повышенной нейронной активности сопровождается атонией – все мышцы человеческого тела сковывает своего рода паралич (остаются активны лишь группы мышц, отвечающие за дыхание и за движение глаз). Эта фаза сна носит название «быстрый сон». Во время этой фазы человек, как правило, всегда видит сны. Частота сердцебиения, кровяное давление и температура тела становятся более стабильными. У мужчин в это время часто наблюдается эрекция. Первая фаза быстрого сна обычно длится 10-15 минут.

На протяжении всей ночи фазы медленного сна и быстрого сна чередуются друг с другом, и с каждым разом вплоть до самого пробуждения фаза медленного сна становится всё менее глубокой, а фазы быстрого сна – всё более продолжительными. Длительность той или иной фазы сна во многом зависит от возраста человека. Дети в возрасте до 7 лет обычно спят до 18 часов в сутки, причём фаза медленного сна у них преобладает. По мере взросления, дети начинают тратить всё меньше времени на сон, фаза медленного сна также значительно сокращается. Ну а взрослые люди могут спать и по 6-7 часов в сутки, часто жалуясь на то, что приходится рано просыпаться, при этом медленный сон занимает у них очень незначительное количество времени.

Пример процесса сна

Нейронные колебания человека в возрасте 20-25 лет, записанные электроэнцефалографом (ЭЭГ) постепенно замедляются и в то же время становятся более интенсивными по мере того, как человек входит в более глубокие стадии медленного сна. Примерно через час человеческий мозг проходит данный цикл в той же последовательности, каждый раз обязательно проходя через фазу быстрого сна (на графике выделена фиолетовым цветом), в течение которого нейронные колебания становятся столь же интенсивными, как и во время бодрствования. Тело в этот момент полностью расслаблено, человек находится без сознания и зачастую начинает видеть сны. Чем ближе к утру, тем большей становится продолжительность фаз быстрого сна, и наоборот – длительность фаз медленного сна значительно сокращается.

Нарушения сна

• Наиболее распространённое нарушение сна, наверняка знакомое многим людям – бессонница. Некоторым вообще бывает тяжело заснуть, а некоторые засыпают, но просыпаются ночью и не могут заснуть снова. Хотя быстродействующие успокоительные или антидепрессанты и в силах помочь, ни одно из этих средств не позволит вам добиться действительно естественного и расслабляющего сна, т.к. они зачастую просто прерывают наиболее глубокие периоды медленного сна.

Кроме постоянной сонливости, бессонница может повлечь за собой много других негативных последствий. Наиболее часто встречающиеся из них – разнообразные нарушения сна (выражающиеся чаще всего в нарушенном режиме сна) или конкретных его фаз.

• Синдром ночного апноэ – во время глубокого сна мышцы глотки расслабляются до тех пор, пока они не начинают перекрывать собой дыхательный путь. Это приводит к вынужденному прекращению дыхания, отчего человек немедленно просыпается. В результате чего более глубокие периоды медленного сна просто не успевают наступить.

Также недостаток сна может привести к повышению кровяного давления и увеличивает риск сердечного приступа. Постоянная сонливость ведёт к несчастным случаям, в особенности к авариям на дороге.

Лечение синдрома апноэ включает в себя разнообразные попытки предотвратить перекрытие дыхательного пути во время сна. Будет справедливо заметить, что если вы сбросите лишний вес, будете избегать алкоголя и наркотиков, то это с очень большой вероятностью улучшит ваш сон. Ну а людям, страдающим синдромом апноэ, просто необходимо определённое устройство, которое оказывало бы давление на дыхательный путь, отчего он оставался бы открытым. Существует специальная маска, надеваемая на нос и производящая довольно сильный воздушный поток как раз для этой цели. В более сложных случаях порой необходимо хирургическое вмешательство – коррекция дыхательного пути.

• Непроизвольные движения конечностей во время сна – иначе говоря, это периодические резкие рывки руками или ногами, не контролируемые человеком. Как правило, они происходят при вхождении в фазу медленного сна и могут привести к пробуждению. А некоторые люди не могут контролировать движения и во время фазы быстрого сна, наглядно показывая, что им снится в конкретный момент. Это отклонение, носящее название «поведенческие отклонения быстрого сна», также может сильно нарушить нормальное течение сна. Оба вышеописанных синдрома зачастую свойственны людям, страдающим болезнью Паркинсона. Соответственно, и избавиться от них также можно с помощью медикаментов, направленных на лечение болезни Паркинсона или также с помощью клоназепама – вида бензодиазепинов.

• Нарколепсия – сравнительно редко встречающееся заболевание – ему подвергается лишь один человек из двух с половиной тысяч. Нарколепсия – это нарушение работы механизмов, ответственных за погружение в сон (или же в фазу быстрого сна, если человек уже заснул).

Эта болезнь связана с недостаточным количеством нервных клеток в боковой части гипоталамуса, содержащей также нейротрансмиттер орексин (также носящий название «гипокретин»).

Человек, страдающий нарколепсией, в любое время суток может подвергнуться приступам, в результате которых он засыпает, неожиданно для всех окружающих, если те не знают о его болезни. Это очень мешает в повседневной жизни, да к тому же и опасно – представьте, например, что произойдёт, если приступ нарколепсии застанет человека за рулём.

Нарколептики очень быстро входят в фазу быстрого сна и могут видеть сны, едва заснув – явление, называемое «гипнагогические галлюцинации». Также могут возникнуть приступы, в ходе которых человек полностью теряет мышечный тонус – это состояние похоже на полное бездействие всех мышц во время быстрого сна. Эта патология носит название «катаплексия» и очередной приступ, как правило, возникает в результате эмоциональных переживаний, зачастую достаточно бывает даже услышанной человеком смешной шутки.

Недавние исследования нарколепсии немного приоткрыли учёным завесу тайны над процессами, контролирующими переход человека из состояния бодрствования ко сну и переход между фазами сна.

Чем и как регулируется сон?

Когда человек бодрствует, его мозг находится в активном и возбуждённом состоянии. Это происходит за счёт двух основных нейронных сетей, которые в качестве нейротрансмиттеров (химических передатчиков импульсов между нервными клетками) используют либо ацетилхолин, либо моноамины – например, норэпинефрин, серотонин, дофамин и гистамин. Нервные клетки, содержащие ацетилхолин и расположенные в верхней части варолиева моста, а также в среднем мозге, активно способствуют активации таламуса.

Когда таламус активен, он, в свою очередь, передаёт в кору головного мозга информацию об окружающем мире, полученную от органов чувств.

Вторая группа нервных клеток, содержащих норэпинефрин, серотонин и дофамин и расположенных в верхней части мозгового ствола, посылают результаты своей активности в гипоталамус, передний мозг и в кору.

Затем в гипоталамусе нервные клетки с содержанием нейротрансмиттера орексина и ещё одна группа клеток, содержащих ацетилхолин или гамма-аминомасляную кислоту, объединяют полученную информацию и передают её в кору головного мозга. В результате этих процессов активируется кора мозга, благодаря чему человеческий мозг может правильно реагировать на сведения, которые таламус получил от органов чувств.

Во время быстрого сна холинергические клетки активируют таламус, что вызывает всплеск нейронных колебаний, подобный тому, который наблюдается у бодрствующего человека. Однако поток моноаминов, идущий из верхней части ствола головного мозга в кору, не испытывает подобной активности. В результате этого информация, передаваемая таламусом в кору, воспринимается нами как сон. Когда активируются нервные клетки, содержащие моноаминовые нейротрансмиттеры, они прекращают фазу быстрого сна.

Клетки ствола головного мозга, отвечающие за пробуждение человека ото сна, подвергаются воздействию двух групп нервных клеток гипоталамуса (который, кстати, как раз и отвечает за основные циклы нашего организма).

Одна из этих групп нервных клеток содержит ингибирующие (т.е. тормозящие) нейротрансмиттеры, такие как галанин и гамма-аминомасляная кислота. Когда эта группа нейронов активизируется, она, по мнению учёных, «отключает» двигательную систему и погружает человека в сон. Какой-либо вред, причинённый этой группе клеток, незамедлительно ведёт к бессоннице.

Вторая группа нервных клеток, расположенная в боковой части гипоталамуса, вызывает пробуждение человека ото сна и выходу из фазы быстрого сна. Она содержит орексин, посредством которого может посылать возбудительные импульсы двигательной системе, а в особенности - нервным клеткам, содержащим моноамины.

В ходе экспериментов, проводимых над животными, из их мозга полностью удалялся орексин, в результате чего у них проявлялись симптомы нарколепсии.

Схожий результат дал и другой эксперимент: был изучен головной мозг двух собак, от природы страдавших нарколепсией. Обследование показало, что у них имелись отклонения в гене, ответственном за выработку орексина.

Хотя у человека нарколепсия редко бывает связана с какими-либо генными отклонениями, у многих заболевших ей от 13 до 25 лет была обнаружена нехватка нервных клеток, содержащих орексин. Недавно проведённые исследования подтвердили, что у больных нарколепсией уровень орексина в головном мозге и в цереброспинальной жидкости необычайно низок. В общем, орексин играет очень важную роль в активизации моноаминной системы, а также препятствует неестественному переходу из состояния бодрствования к состоянию быстрого сна.

Гомеостаз и циркадные ритмы

Нашу потребность во сне и схему самого сна контролируют два основных показателя . Первый – это гомеостаз , потребность человека поддерживать равномерный режим сна. Существует несколько способов подать организму сигнал о том, что он нуждается во сне. Научно доказано, что уровень так называемого аденозина в головном мозге напрямую связан с активностью самого мозга и гомеостазом. Если человек бодрствует в течение длительного срока, то аденозин начинает накапливаться и таким образом воздействует на гомеостаз. Кстати, кофеин, повсеместно используемый как раз как способ справиться с сонливостью, блокирует действие аденозина.

Если человек не высыпается, то потребность во сне постепенно приводит его к упадку умственной активности. Затем, когда у него появляется возможность поспать, человек обычно спит больше обычного – «отсыпается», так сказать. К слову, это самое «отсыпание» всегда начинается с фазы медленного сна.

Второй показатель, влияющий на режим сна – циркадные ритмы.

Супрахиазмальное ядро – небольшая группа нервных клеток, которая служит в качестве внутренних часов человеческого организма. Эти нервные клетки проходят 24-часовой биохимический цикл, определяя время для физической активности организма, для сна, выброса гормонов и других естественных потребностей человека.

Супрахиазмальное ядро также получает сигналы от сетчатки глаза, чтобы в нужное время при необходимости корректировать внутренние часы организма в соответствии с природным циклом смены дня и ночи. Супрахиазмальное ядро посылает сигналы в соседнюю часть головного мозга – паравентрикулярное ядро. То, в свою очередь, взаимодействует с дорсомедиальным ядром гипоталамуса, а оно – с вентролатеральным ядром, в котором клетки, содержащие орексин, контролируют процесс сна и определяют время перехода к пробуждению.

Бодрствующий и спящий мозг

Все млекопитающие и теплокровные существа на планете, и даже и птицы, должны спать. Это особенность организма, которую ученые не могут разгадать до конца и понять, как же она работает. Однако в 50-хгодах прошлого века была изобретена электроэнцефалограмма (ЭЭГ) - это методика, позволяющая следить за тем, что происходит с мозгом во время сна и другими органами и системами. При этом человек спит, его отдых не нарушается, что позволяет получить достоверные данные о функционировании тела.

Однако наиболее актуальным является вопрос о том, как происходит работа мозга во время сна. Ответы на него найдены только частично, но они могут объяснить некоторые важные процессы, происходящие при ночном отдыхе.

Активность по фазам сна

Раньше считалось, что в спящем состоянии активность мозга постепенно снижается, а потом и вовсе прекращается его деятельность. Однако появление ЭЭГ полностью опровергло эту теорию. Оказывается, что мозг во сне никогда не «дремлет», он проделывает титаническую работу, чтобы подготовить нас к последующему дню.

Когда мы спим, происходит прохождение через две основные фазы: медленного и быстрого сна. Медленный сон еще называют ортодоксальным или глубоким, именно из него начинается ночной отдых. После этого идет быстрая фаза, ее также именуют парадоксальной или фазой быстрого движения глаз.

Мозг во время сна ведет себя по-разному, в зависимости от того, через какую фазу он проходит. Рассмотрим более подробно, какой механизм действия нейронов в нем запускается в определенные моменты.

1. Мозг и медленный сон. Во время засыпания нейронные колебания в мозге постепенно затухают, все мышцы тела максимально расслабляются, сердцебиение замедляется, снижается давление и температура тела. За погружение в сон отвечает отдел мозга, называющийся гипоталамус. В нем есть группа нервных клеток, которые тормозят выработку нейротрансмиттеров (химических передатчиков, отвечающих за обмен импульсами между нервными клетками). Активизация этой группы нейронов мозга отвечает за начало ночного отдыха.
2. Деятельность мозга во сне быстрой фазы. Во время парадоксального сна возбуждение таламуса осуществляется холинергическими рецепторами, в которых передача возбуждения происходит посредством ацетилхолина. Эти клетки расположены в среднем мозге и верхней части варолиева моста. Их высокая активность ведет к тому, что появляется всплеск нейронных колебаний. Мозг во сне этой фазы выполняет почти такие же функции, как и при бодрствовании. Однако трансмиттеры моноамины, которые направляются в кору головного мозга из верхней части его ствола, такой активности не испытывают. Следовательно, передача информации от таламуса в кору происходит, но мы ее воспринимаем как сон.

Детоксикация во сне

Мозг во сне выполняет различные функции, но последние исследования подтвердили, что главной из них является детоксикация. По мнению экспертов, за этот процесс отвечает глимфатическая система, открытая всего несколько лет назад учеными. Как выяснилось во время экспериментов, проводимых на мышах, активность этой системы во время сна возрастает более чем в 10 раз. Процесс выведения вредных белковых соединений помогает предотвратить такие патологии, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Происходит «очистка» следующим образом:

• клетки, поддерживающие нейроны в головном мозге, во время сна уменьшаются в размере, они будто съеживаются;
• межклеточное пространство увеличивается в мозговом веществе;
• мозговая жидкость практически вымывает токсины, скопившиеся между клетками.

Как предполагают ученые, на детоксикацию мозг тратит много энергии. Возможно, он не может одновременно бодрствовать и «очищаться», и потому мы вынуждены проводить некоторое время во сне.

Достоверные данные по этому поводу будут известны только тогда, когда эксперименты начнут проводить на людях, а не на животных.

Другие функции

Несмотря на то, что детоксикацию ученые считают одним из наиболее важных открытий последних лет, кроме этой задачи мозг во сне выполняет и другие важные для организма функции.

Рассмотрим, какую именно работу он проделывает, и как она отражается на нашем самочувствии днем:

Подведем итоги

Мозг человека - это уникальная структура, возможности которой еще до конца не открыты. Если раньше считалось, что он полностью отключается во время сна, то сейчас известно, что это не так. В то время как мы отдыхаем, активируются нейронные связи, которые отвечают за различные функции нашего организма.

Полноценный сон важен для поддержания нормального физического и психологического состояния человека, потому ему нужно отводить положенное время.

Содержимое статьи

Необходимость ежедневного сна обусловлена не только человеческим желанием и физиологией, но и наукой. Абсолютно каждый человек порядка третьей части своей жизни затрачивает на это занятие. Все, чем он занимался весь предыдущий день, какие задачи он решал, о чем думал, что планировал, с какими воспоминаниями сталкивался, мозг переваривает и расставляет «по полочкам», когда человек крепко спит. Оказывается, когда человек пребывает в бессознательном состоянии и погружается в объятия Морфея, мозг продолжает свою активную работу. Рассмотрим, каким образом осуществляется функционирование мозга во время сна, чем он на самом деле занимается и как себя ведет.

Что делает мозг ночью

Когда мы спим, наш мозг продолжает действовать. Эта деятельность, активность мозга обусловлена особенностями его строения. Перечень его задач в этот момент заключается в следующем:

1. Принятие жизненно важных решений. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что мозг в состоянии принимать оперативные решения по любым вопросам и задачам. В источнике Current Biology были опубликованы результаты исследований, при которых респондентов просили делать сортировку слов на категории посредством нажатия кнопки, при всем этом можно было засыпать. Эксперимент продолжился и во сне, поскольку мозг участников продемонстрировал способность принимать решения даже после того, как организм уснул.
2. Классификация воспоминаний. Изучая вопрос, что происходит с нашим мозгом во время сна, можно отметить, что он занимается обработкой воспоминаний и утратой связей со старыми моментами. Он сортирует человеческую память таким образом, чтобы нужные моменты не забывались. По заверению доктора М. Уокера, который работает в Калифорнийском университете, если человек после здорового сна посетит урок фортепиано и в следующую ночь проспит нужное количество времени, то материал будет усвоен и воспроизведен на 20-30% лучше, нежели при проверке знаний сразу же после того, как окончится занятие.

Учеными доказано, что мозг во время сна работает не меньше, чем во время бодрствования

3. Избавляется от шлаков и токсинов. Как только тело погружается в сон, мозг продолжает активную работу, избавляя его от вредных веществ. Этот факт подтвержден и подкреплен серией исследовательских мероприятий. А ведь повышенное количество этих элементов может повлечь за собой многие патологические состояния, поэтому польза мозга в данном направлении бесспорна.

4. Обучение физическому труду. В период фазы быстрого сна происходит передача информации о двигательных опциях из коры мозга в височную область. Это явление позволяет тщательно продумывать и безукоризненно выполнять задачи, связанные с физическим трудом. Теперь понятно, какой отдел мозга отвечает за выполнение физических упражнений и повседневных действий.

Как видно из вышеописанного, функционирование мозга во сне продолжается, и он, даже когда мы спим, выполняет большое количество задач.

Работа мозга по циклам

Весь процесс ночного сна человека состоит из нескольких циклов «медленный – быстрый процесс». Согласно общедоступной теории, мы спим, чтобы обеспечить переработку информации, полученной в течение прожитого дня или предыдущих суток. Классический сон включает в себя 4 стадии медленного и 2 стадии быстрого сна. Информация передается в реорганизованной форме только по завершении третьего цикла. Но мозг не отключается и в последующие 1-2 цикла, а продолжает работать.

В процессе погружения в мир Морфея мозговые структуры на время утрачивают между собой функциональные взаимосвязи, способствующие бодрствованию. Это явление можно отследить на электроэнцефалограммах. Каждая из этих структур замыкается в себе, а затем настраивается на нужный лад и подлежит регулированию, что нельзя осуществить во время бодрствования, когда «серое вещество» находится в активном взаимодействии с окружающей средой. У спящего голова работает немного по-другому.

Даже когда мы спим, наш мозг все равно работает

На стадии медленного сна происходит регулирование внутренних ритмов относительно каждой структуры мозга, в то время как на этапе быстрого процесса наблюдается налаживание гармонических взаимосвязей между этими элементами. В целом же сон имеет одну основную задачу – настроить биоритмы тела на оптимальный режим, который у каждого человека индивидуален. Создается этот эталон в процессе бодрствования, а в качестве базы выступает та или иная поведенческая программа, заложенная на генетическом уровне. Если модель сформирована и работает налажено – для отдыха достаточно небольшое количество сна. Если имеются сбои – человек спит дольше.

Занимателен тот факт, что потребность во сне имеет обратную пропорциональную взаимосвязь с объемом получаемой информации: чем больше ее поступает в серое вещество, тем меньше сна необходимо. Это может быть связано с тем, что в процессе получения усиленной умственной нагрузки человек спит меньше, нежели в случае, когда он большую часть своего времени проводит у телевизора.

Отдых мозга во время сна

Отдыхает ли наш мозг во время сна? Вопрос является объектом споров среди многих людей. И это небезосновательно. На самом деле, как только человек отправляется в мир сновидений, мозг перестраивается на иной режим работы. Если во время бодрствования у него не было возможности анализировать события и классифицировать мысли, то, когда человек уснул, она появилась. Поэтому на первых циклах мозг занимается этими задачами, а по завершении этой работы (как правило, ближе к утру) имеет немного времени на отдых. Но это не значит, что он полностью «отключается» наряду с телом, можно сказать, что он просто включает «эконом» режим. Поэтому со стороны мозга сон воспринимается не так, как со стороны тела.

Работа мозга и сновидения

Когда мозговые структуры функционируют, они налаживают между собой взаимные связи, будто бы переговариваясь. Этот факт целиком и полностью доказывают различные сновидения. Также в этом процессе происходит активная тренировка нервных центров: клетки, которые бездействовали при бодрствовании, начинают выполнять своего рода функциональную гимнастику, чтобы поддерживать оптимальную форму. Именно по этой причине после стресса человек спит «как убитый», ведь его клетки уже получили встряску и не нуждаются в дополнительной информации в виде снов.

От того, обработкой какой информации занимается наш мозг, зависят наши сновидения

Медленная фаза сновидений

Всего на медленную стадию приходится порядка 75-85% всего сна, и она включает в себя несколько состояний:

• дремота;
• сонные веретена;
• дельта-сон;
• глубокий сон.

По мере погружения человека в сон происходит изменение многих функций организма. На первой стадии, именуемой дремотой, а также на втором этапе пульс становится более редким, АД подлежит снижению, кровь течет более медленно. Как только спящий погружается в состояние дельта-сна, его пульс заметно учащается, а давление повышается. Медленный сон – это фаза, отвечающая за регулирование внутренних ритмов касательно каждой мозговой структуры и каждого органа.

Работа органа в быстрой фазе

Работа мозга во время сна быстрого типа является несколько иной. В основном процесс быстрого сна может быть разделен на 2 основные стадии:

• эмоциональная;
• неэмоциональная.

Они поочередно приходят на смену друг другу и действуют так несколько раз, причем первая стадия всегда является более длинной.

Чем быстрый сон отличается от медленного

Есть несколько моментов, которые отличают одну фазу сна от другой, и следует принять их во внимание.

1. Количество стадий в медленном сне – 4, а в быстром – 2.
2. В процессе медленного сна движения глаз поначалу являются плавными, а в конце стадии они и вовсе останавливаются. В быстрой фазе все наоборот – глаза двигаются непрерывно.
3. Различается и состояние вегетативной нервной системы: в первом случае человек быстрее растет, поскольку происходит более активная выработка гормона роста.
4. Сновидения также различны. Если речь идет о быстрой фазе, картины насыщены различными действиями, имеют яркую окраску. При медленном сне сюжет является более спокойным или может отсутствовать.
5. Процесс пробуждения. Если разбудить индивидуума в процессе быстрого сна, он просыпается значительно легче, а впоследствии будет иметь гораздо лучшее самочувствие, нежели человек, разбуженный в фазе медленного сна.
6. Температура мозга на подходе к медленной фазе сна постепенно снижается, а в быстрой фазе за счет прилива крови и активного метаболизма, наоборот, повышается. Иногда она может превышать нормальный показатель, наблюдаемый во время бодрствования.

Работа мозга в фазы медленного и быстрого сна — различна

Еще один немаловажный вопрос заключается в том, какая часть мозга отвечает за сон. Ведь до недавнего времени было неизвестно, в какой области мозга происходит работа, связанная со сновидениями. Ученые из Висконсинского университета в результате проведенного исследования смогли сделать сенсационное открытие. В эксперименте было предложено принять участие 46 людям, у которых производилась регистрация электрических волн. Для того, чтобы изолировать участки нейронов, отвечающих за сновидения вне зависимости от фазы сна, использовалась высокоплотная ЭЭГ. Испытуемых несколько раз будили и спрашивали о снах. А затем производилось сравнение полученных ответов с электрической активностью.

Полученные в ходе исследования данные показали, что в процессе сонного состояния снижение активности в задней части коры было непосредственно взаимосвязано с возникновением снов. И наоборот, когда в той же области наблюдалось возрастание низкочастотной активности, испытуемые говорили, что сны отсутствовали, то есть в это время ничего не снится.

Очищение мозга

Американские ученые в ходе проведения некоторых исследований выяснили, что сон нужен еще и для очищения мозга от токсических элементов. По их наблюдениям во время сна мозг потребляет столько же или даже больше энергии, нежели в период бодрствования. Во время испытаний на грызунах специалисты выяснили, что во время сна активность не снижается, а лишь переходит в иное русло. В ночное время, когда происходит очищение внутренних органов от накопившихся шлаков с помощью лимфы, мозг тоже очищается.

Доктор из Нью-Йоркского медицинского центра сообщил, что ресурс мозга предполагает определенные ограничения. Серое вещество способно делать что-то одно: или активно перерабатывать мысли, или обеспечивать вывод токсинов. Если бы этот процесс наблюдался в дневное время, ни один человек не имел бы возможности нормального принятия решений. А если бы происходило постепенное накапливание токсинов в мозге, была бы огромная вероятность возникновения заболевания Альцгеймера.

Какой вывод можно сделать

Таким образом, мы изучили, как работает человеческий мозг во время сна, сколько энергии потребляет, и в каком режиме функционирует, как только мы засыпаем. Наше «серое вещество» — объект наблюдений и споров многих ученых. Когда мы пребываем в объятиях Морфея, он начинает свою, неведомую нам работу, решая большое количество задач. Во время бодрствования он также активничает, но действует в других направлениях. Мозг человека – сложная структура, требующая детального изучения и исследования.

На сон тратится треть жизни. Каждый человек (в том числе и слепой от рождения) видит сновидения. Мужчины-гетеросексуалы чаще видят в сновидениях не женщин, а других мужчин. Такие факты привлекают внимание людей к феномену сна. И пусть активность человеческого мозга во время сна уже изучена достаточно, чтобы удивлять, но ещё недостаточно, чтобы ответить на все вопросы исследователей.

Феномен сна в 10 удивительных фактах

Стадии сна и ритмы мозга

По некоторым приведённым выше фактам видно, что целиком сон состоит из нескольких стадий, во время которых мозг демонстрирует разное качество умственной активности. Переход из одной стадии и фазы в другую можно зафиксировать путём измерения ритмов головного мозга. (Впервые это осуществили в средине XX века с помощью ЭЭГ). Взаимодействие фаз зависит от суточных ритмов, гормонального баланса, температуры тела и других факторов.

В целом весь процесс сна состоит из периода со сновидениями («быстрого») и периода без сновидений («медленного»), которые образуют своеобразный изменчивый цикл. Этот цикл в течение ночи повторяется несколько раз. Причём, если в начале ночи (а начале общего периода сна) на стадию медленного сна приходится большая часть времени, то к концу ночи это соотношение постепенно меняется в сторону удлинения «быстрой» стадии. «Медленная» стадия складывается из 4 фаз:

После «медленной» стадии начинается стадия «быстрая», которую ещё называют парадоксальной.

Парадокс здесь в том, что чрезвычайная активность мозга сочетается с полной неподвижностью тела. Тело словно охватывает паралич. Быстро двигаются только глаза под веками, что хорошо заметно со стороны. В этой стадии человек и видит сновидения.

На прохождения всех фаз и стадий в начале ночи уходит порядка полутора часов. Из них 80 минут занимает «медленный» сон и 10 минут - «быстрый». Затем циклы повторяются. Причём периоды «медленных» стадий сокращаются, а «быстрых» - удлиняются. Так утром, в последнем цикле перед пробуждением, соотношение может быть уже 30:60 в пользу «быстрого» сна. Такое количество утренних сновидений даёт возможность запоминать их после пробуждения - вероятность того, что будильник зазвонит именно в парадоксальной стадии выше.

В течение суток биологические ритмы «бодрствования-сна» регулируются:

• гомеостатическим процессом, регулирующим режимы засыпания-пробуждения,
• циркадным ритмом, отвечающим за отслеживание времени суток.

Циркадные ритмы каждого конкретного человека стабильны, но у разных людей они заметно различаются. Поскольку на реальный циркадный ритм сильное воздействие оказывают внешние маскирующие факторы (стрессовые факторы, стимуляторы и энергетики, освещённость, температура среды), полагаться в оценке следует, в первую очередь, на показатели температуры тела и синтеза мелатонина при слабом тусклом свете.

Наиболее известная дифференциация по этому признаку - разделение на «сов» и «жаворонков». Частично склонность к тому или иному типу обусловлена наследственностью. За поддержание ритма ответственно супрахизмальное ядро гипоталамуса, в регуляции участвуют подкорковые структуры.

От стабильности действия этой системы, регулирующей циркадный ритм, зависят:

• краткосрочная память,
• скорость восприятия,
• познавательные способности,
• концентрация.

Система контролирует те участки мозга, которые локализованы в теменной и лобной долях, за глазницами. В зависимости от времени суток в ответ на одни и те же задачи последует разная реакция. Циркадная система оказывает влияние, скорее, на бодрствование, чем на сон. В частности её действием объясняется улучшение когнитивных функций, наступающее в начале вечера, следующего после предыдущей бессонной ночи.

При патологическом течении гомеостатический и циркадный механизмы перестают дополнять друг друга и начинают конфликтовать между собой, что приводит к нарушениям сна, к его недостатку или полному отсутствию - депривации сна

Нарушения сна: чем это чревато

Индивидуальные реакции на лишение сна могут заметно отличаться у разных людей. Однако у одного и тоже человека эти проявления более-менее похожи.

Физиология при нарушениях

При отсутствии сна нарушается регуляция циркадного ритма. Связано это с тем, что мелатонин, который входит в число основных регуляторов суточного цикла, синтезируется, главным образом, в ночное время, а у человека, «пропускающего» ночь этого синтеза в полном объёме не происходит. Кроме этого, при депривации сна подавляется активность префронтальных и теменных областей мозга, таламуса.

Префронтальная кора играет главную роль в регуляции сонливости. Спустя 35 часов непрерывного бодрствования начинает снижаться активность височной коры. Реакция этой коры на вербальное обучение у невыспавшихся людей отличается от нормы. Недосыпание меняет и состав нейронных рецепторов на поверхности клетки: количество рецепторов дофамина уменьшается, а рецепторов серотонина - увеличивается. И хотя недосыпание практически не влияет на объём памяти, оно серьёзно замедляет скорость реакции.

Генетические факторы

• Одно из самых распространённых нарушений - способность заснуть только под утро. Для этого состояния типичен растянутый циркадный ритм, когда индивидуальные «внутренние сутки» растягиваются до 25 и более часов. Для нарушения характерен полиморфизм, затрагивающий количество повторов в гене PER3 - связь с аллелью 3111C CLOCK.
• Обратное нарушение, когда человек засыпает гораздо раньше условной нормы и его «внутренние сутки» спрессовываются до 23 часов. Нарушение обусловлено мутацией гена PER2.
• С нарушениями сна связывают и мутации аллели гена белка (HLA) DQB1*0602 - главного комплекса гистосовместимости, найденные у 15-35% здоровых людей, которые хуже других переносят частичное лишение сна.

Нарушения сна

Важность сна для сохранения жизни уже была проиллюстрирована последствиями «фатальной семейной бессонницы». Но существуют и другие патологии.

• Поведенческие отклонения . Для этого нарушения характерны непроизвольные движения руками и/или ногами, которые чаще возникают при переходе между фазами или в стадии быстрого сна, в результате чего создаётся ощущение, что человек физически участвует в своём сновидении. Часто это отклонение наблюдается у людей с болезнью Паркинсона, что диктует соответствующий способ лечения.

• . При этом заболевании, которым страдает 1 человек на 2,5 тыс. населения, нарушаются механизмы, регулирующие переход в «быструю» стадию. Человек может внезапно заснуть «на ходу» особенно при монотонной работе.

Ещё одно характерное проявление нарколепсии - катаплексия - непроизвольное и неожиданное расслабление мышц тела, возникающее в момент ярких эмоциональных переживаний (ярости, радости, сексуального наслаждения, значимых воспоминаний и др.). Нередко, перед тем как упасть при расслаблении мышц, человек успевает сознательно выбрать место падения.

К сопутствующим симптомам нарколепсии относятся:

• «паралич» после пробуждения, в котором человек пребывает ещё несколько секунд после того как проснётся,
• яркие сновидения, иногда переходящие в галлюцинации, в моменты засыпания и пробуждения,
• выраженная необходимость дневного сна.

Депрессия и нарушения сна

Нарушения сна могут быть как симптомом депрессии, так и её причиной. При депрессиях человек дольше засыпает, часто просыпается в течение ночи, сон становится поверхностным. Удлиняются 1 и 2 фазы и укорачиваются 3 и 4. В тяжёлых случаях эти две последние фазы самого глубокого сна могут отсутствовать вообще. Из-за этого страдающие депрессией люди не высыпаются вообще независимо от продолжительности сна. Переход между фазами в состоянии депрессии происходит более резко.

Ещё чаще встречаются нарушения парадоксальной стадии. Человек с депрессией очень резко переходит в состояние бодрствования. «Быстрая» стадия, начиная с первого цикла, наступает горазда раньше. В отличие от нормально течения, депрессивный тип цикла проявляется в виде удлинения парадоксальной стадии не во второй, а в первой половине ночи.

После преодоления депрессии сон, как правило, нормализуется, но не всегда это происходит сразу. Иногда патологические проявления возникают ещё в течение полугода. В тех случаях, когда депрессия влечёт за собой нарушения сна (а такое бывает в 9 случаях из 10), применяют препараты, стабилизирующие эмоциональное состояние. Нередко, чтобы не усугубить положение при стрессовых обстоятельствах, в условиях надвигающейся депрессии или для плавного выхода из неё применяют «мягко» действующие природно-растительные комплексы, которые:

• нормализуют сон,
• избавляют от депрессивных состояний, страхов и тревог,
• улучшают эмоциональный фон.

Речь о таких препаратах, как «ХэдБустер», «БрейнРаш» и подобных им. Одновременно с эмоциональной стабилизацией эти комплексы усиливают умственную активность, способствуют улучшению памяти и внимания. Мозговая деятельность улучшается одновременно с улучшением состояния тканей мозга и проводимости сигнала в нейронных сетях. В основе действия этих средств лежит количественный принцип постепенного накопления активного вещества в течение всего рекомендованного курса, что обуславливает безопасность препаратов. В зависимости от индивидуальных особенностей организма первые результаты становятся заметны после одной-двух недель применения. Каждый элемент подобран так, что он усиливает действие других компонентов средства.

О том, что сон делится на несколько стадий, одна из которых - стадия быстрого сна, ученые догадались 55 лет назад. Честь этого открытия принадлежит студенту Чикагского университета Юджина Азерински и его научному руководителю Натаниэлю Клейтману.

Оказалось, что человек вроде бы и спит, но его глазные яблоки энергично движутся, а сам он видит яркие, запоминающиеся сны. Мало того, бодрствование с закрытыми глазами занимает пятую часть всего времени сна, и в это время клетки мозга весьма активны: они, как показывают сегодняшние исследования, заняты переработкой информации.

Итак, как теперь известно, из каждых восьми часов мы понастоящему спим лишь шесть часов с небольшим. В фазе быстрого сна наш мозг не принимает новой информации от органов чувств и не подает команды мышцам: он перерабатывает полученную и (sic!) создает программы поведения на будущее, приводит в порядок и укрепляет нашу память, что позволяет на следующее утро пользоваться ею более эффективно. То, что утро вечера мудренее, люди заметили в незапамятные времена. Но почему? Долгие десятилетия исследователи считали, что сон укрепляет память, поскольку служит пассивной защитой от наслоения новых впечатлений. Мы забываем, потому что новая информация выталкивает прежде полученные воспоминания. А когда мы спим, новая информация не поступает, и у мозга есть возможность разложить полученную за день информацию по полочкам, где она и может закрепиться. Оказалось, однако, что сон укрепляет память весьма активно, и в этом процессе участвует его быстрая фаза.

Что видят грызуны во сне?

Ученые пока не знают точно, как функционирует наша память. Есть предположение, что вчерашние события всплывают снова благодаря активизации связей между сотнями, тысячами или, возможно, даже миллионами нейронов. Так образуются активные зоны, возбуждая которые опять и опять, мы даем задание мозгу закрепить полученные сведения или вернуть что-то давно позабытое. Поэтому и говорят, что повторенье - мать ученья. Таким образом группа клеток, которые вместе возбуждаются, образуют воспоминание, например, о пройденном накануне на уроке географии или о том, где лежат ключи от квартиры.

Современные приборы позволяют наблюдать за тем, какие именно зоны мозга работают в данный момент, чем и воспользовались нейробиологи Мэтью Уилсон и Брюс Мак-Нотон из Университета Аризоны. Они вживили в мозг крыс импланты, позволяющие регистрировать активность нейронов, и пустили животных бегать от кормушки к кормушке по замкнутому маршруту. Когда крысы проходили разные участки маршрута, у них активировались разные клетки гиппокампа - структуры мозга, ответственной за пространственную память. Активность разных «клеток места» так тесно соотносилась с физической локализацией крысы, что исследователи могли следить за перемещением животных по маршруту, просто наблюдая за тем, какие клетки в данный момент работают. Когда крысы набегались и заснули, экспериментаторы продолжали записывать активность «клеток места» и обнаружили, что клетки возбуждаются в прежнем порядке, как если бы крысы во сне проходили маршрут.

Обучение во сне: миф или реальность?

Но мозг во сне не просто проводит бессознательную тренировку памяти, он может избирательно укреплять те ее участки, которые более всего в этом нуждаются. В 2005 году Мэтью Уолкер из Гарвардской медицинской школы просил добровольцев печатать на клавиатуре бессмысленные последовательности, такие, как 4-1-3-2-4. Это что-то сродни игры на фортепиано с листа, с не известных ранее нот. То, что после доброго сна движения пальцев становились более быстрыми и координированными, в общем, очевидно. Однако тщательные исследования показали, что хорошо выспавшиеся люди не просто быстрее печатали, но особенно преуспели в печатании тех последовательностей, которые вначале давались им труднее всего. Мозг всю ночь гонял их память по этим последовательностям, и в результате к моменту пробуждения они лучше всего и запомнились. Мало того, исследования Уолкера показали, что те участники его эксперимента, которые выспались, при выполнении задания значительно меньше задействовали участки своего мозга, ответственные за сознательные усилия, но активнее - те зоны головного мозга, которые обеспечивали более быстрые и точные удары по клавишам.
br>Вывод прост до банальности: тот, кто хочет хорошо учиться и эффективно работать, должен хорошо спать. В 2004 году Ульрих Вагнер и его сотрудники из Любекского университета (Германия) поставили весьма своеобразный эксперимент. Сначала они обучили добровольцев решать определенный тип математических задач длинным и скучным способом и дали им для практики 100 задачек. Затем подопытных отослали на 12 часов, посулив на будущее еще 200 заданий. Исследователи не сказали своим подопечным, что существует более простой способ решения подобных задач, однако многие добровольцы ко второму занятию дошли до этого варианта решения самостоятельно. И тут-то обнаружилась разница между сном и бодрствованием. Среди тех, кто между двумя сеансами спал, простой метод решения обнаружили 59%, а среди тех, кто бодрствовал, - только 23%. Это привело исследователей к выводу, что наш мозг в состоянии решить проблему, даже если предварительно не знает о других возможностях ее решения, и во сне он справляется с этим лучше, чем наяву. И делает он это преимущественно в стадии быстрого сна. Чем дольше человек спит, тем продолжительнее становится эта фаза. Поэтому для некоторых аспектов консолидации памяти необходимо проспать более шести часов. Зато после долгого сна мозг работает гораздо эффективнее, и об этом следует помнить творческим личностям, продлевающим свой день за счет бессонной ночи.

Что нужно делать по ночам

Спрашивается, почему люди эволюционировали таким путем, что некоторые познавательные функции осуществляются у них только во сне? Почему мозг не может обрабатывать информацию в дневное время? Возможно, дело в том, что сон возник в результате эволюции задолго до высшего познания. В мире, где чередуются свет и тьма, эффективнее днем охотиться, а ночью спать (или наоборот). Так уж сложилось, что суточные ритмы играют в нашей жизни определяющую роль. И мозгу пришлось приспособиться к этим обстоятельствам и разумно использовать время сна на обработку информации, полученной в период бодрствования. Но это лишь одна из гипотез.

Другая состоит в том, что, возможно, наше сонное познание использует те же ресурсы мозга, которые при бодрствовании заняты получением информации, то есть обработкой сигналов от органов чувств. Поэтому для качественного укрепления памяти необходимо, чтобы организм перестал получать эти сигналы и освободил ресурсы для складирования информации. Естественно, отключать внешние каналы удобнее всего в то время, когда организм спит, а сон присущ всем теплокровным животным.

Впрочем, гипотез может быть и больше. Ученые до сих пор не понимают, как мозг осуществляет обработку ранее полученной информации? Какие химические вещества или молекулы участвуют в механизмах памяти? Что позволяет мозгу запоминать одни факты и забывать другие? И исследование сна - один из способов ответить на эти вопросы.

Не лишне будет вспомнить и о великих идеях, увиденных во сне. Так, Менделееву приснилась его Периодическая таблица химических элементов, а Фридрих Август Кекула увидел структуру молекулы бензола (она предстала в виде свернутой в кольцо змеи, бьющей хвостом).

Михаил Потапов: