Почему человек спит?

Опять коварный мозг вынудил нас поверить в действительность происходящего. Но как он это делает? Как ухитряется вынудить человека пролежать практически без перемещения семь и более часов, показывая наряду с этим увлекательнейшие блокбастеры с захватывающим сюжетом?

Обстоятельство этого — сложнейшие химические процессы, в которых учавствуют не одна и не две структуры мозга, а целая сеть. Как же происходит переключение и «взаимодействие» бодрствования на сон? Как начинается сон, и в то время, когда приходят сновидения?

Из-за чего время от времени, просыпаясь от звонка будильника, мы ощущаем себя талантливыми свернуть горы, а время от времени раздраженно готовы крушить все около?

Через пелену времен

Сомнология — наука, изучающая сон — показалась недавно, потому что возраст первых фундаментальных изучений в области «царства Морфея» не превышает 120 лет. До этого сну придавалось мистическое значение, как пограничному состоянию между смертью и жизнью. Аристотель сказал: «Сон, по-видимому, в собственности по собственной природе к для того чтобы рода состояниям, как, к примеру, пограничное между судьбой и не судьбой, и дремлющий и не существует в полной мере, и существует».

Великий доктор древности Гиппократ полагал, что сон появляется в следствии оттока крови и тепла от головы во внутренние области тела. Это объяснение обладало умами европейских ученых и принималось на веру практически две тысячи лет. В одном Гиппократ был прав: обстоятельства погружения человека в мир сновидений необходимо было искать в голове.

И вот наступил ХХ век. В Германии в клинику доктора наук Штрюмпеля поступает пациент, частично утративший в следствии травмы слух и зрение, — оглох на одно ухо и ослеп на один глаз. Доктора подметили, что, в то время, когда оба оставшихся «окна в мир» закрывали, больной засыпал.

Известный физиолог Павлов заинтересовался этими наблюдениями и решил совершить подобные опыты на собственных любимых подопечных — псах. Он установил, что в случае если исключить постоянный приток импульсов от органов эмоций в кору громадных полушарий, то наступает сон. Ученый изучил кроме этого и действия монотонных раздражителей, многократно повторяя легкие прикосновения к коже бедра задней лапы.

Они фактически постоянно усыпляли животных, и это дало исследователю право считать, что сон представляет собой обширно распространившееся по коре громадных полушарий условное торможение, которое призвано защищать мозг псов от чрезмерно нередких повторений какого-либо раздражения.

Следующим шагом на пути преодоления тайн сна стало появление способа электроэнцефалографии (ЭЭГ). В 1905 году германский физиолог Ганс Бергер в первый раз зарегистрировал у человека, находящегося в спокойном состоянии с закрытыми глазами, синусоидальные колебания электрического потенциала с частотой 8−11 Гц, самые выраженные в затылочных областях головного мозга. Эти колебания стали называться альфа-ритма.

В 1930 годах обстановка еще мало прояснилась: ученые, перерезав ствол мозга кошки на уровне среднего мозга, позвали у животного кому — состояние, подобное сну. Наряду с этим на кошачьем ЭЭГ наблюдались медленные электрические колебания, каковые позднее стали называться «сонные веретена» (рисунок напоминал перевернутое набок веретено).

В то время, когда же мозг перерезали на уровне первых шейных сегментов, отделяя спинной мозг от головного, удалось взять так называемый препарат бодрствующего мозга: кошка следила глазами за движущимися перед ней объектами, а ЭЭГ показывала колебания с частотой 14−30 Гц (бета-ритм). Стало ясно, что в мозгу животных имеется различные структуры — важные за засыпание и важные за пробуждение.

продолжительность и Начало сна регулируются сложными физиологическими процессами, среди которых выделяют два главных — гомеостатическая потребность во сне (так называемый процесс S, стрелки вниз) и внутренние часы (процесс С, стрелки вверх на рисунке). Желтой линией продемонстрирована «сумма» этих двух процессов.

Центр бодрости

Структуры мозгового ствола кошки, несущие ответственность за состояние бодрствования, обрисовали еще в конце XIX века Владимир Бехтерев и Сантьяго Рамон-и-Кахаль, каковые заметили рассеянное скопление нейронов, пронизанное нервными волокнами, в середине ствола мозга. А вот для чего нужна эта формация, итальянский нейробиолог Джузеппе Моруцци и американский нейролог Хорас Мэгун установили лишь во второй половине ХХ века.

Они назвали эту структуру ретикулярной формацией («ретикула» на латыни свидетельствует «сеть»). Как раз в мозговом стволе находятся ядра, каковые концентрируют в себе все импульсы от чувствительных рецепторов, идущие в мозг. Долгие отростки (аксоны) нейронов ретикулярной формации соединены с корой громадных полушарий и с нейронами спинного мозга.

В саму ретикулярную формацию кроме этого идут нервные волокна от коры и от спинного мозга, так что образуется сложная совокупность с обратной связью. Сигналы от ретикулярной формации (ретикулярный разряд) запускают механизмы бодрствования в коре головного мозга, а кора со своей стороны руководит состоянием ретикулярной формации.

Ларец со сном

В первой половине 90-ых годов XX века на экраны вышел фильм «Пробуждение», снятый по одноименной книге мемуаров известного психиатра Оливера Сакса. Он говорит о необычной группе из 80 пожилых больных, вот уже более 40 лет страдающих от малоизвестной заболевания, напоминающей аутизм либо заболевание Паркинсона.

Больные Сакса были последними остававшимися в живых жертвами таинственной эпидемии, неожиданно начавшейся в Европе зимний период 1916−1917 годов, перекинувшейся после этого на всю землю и унесшей во время по окончании Первой Мировой судьбы 5 млн человек. Заболевшие погружались во неожиданную безразличие и страдали от большой температуры, галлюцинаций и нарушений зрения. После этого заболевание переходила в хроническую форму и сопровождалась огромным числом разнообразных клинических проявлений.

Но у всех форм была одна неспециализированная черта — нарушение сна. Данный факт показался занимательным венскому неврологу барону Константину фон Экономо. Он понял, что одни больные дремлют через чур много, семь дней, месяцами, просыпаясь только чтобы попить и покушать, в то время как другие всецело теряли сон.

На вскрытиях ученый обнаруживал похожую анатомическую картину: на определенном участке промежуточного мозга у больных наблюдалась массовое отмирание нервных клеток.

Данный участок мозга именуется гипоталамусом, поскольку расположен под таламусом — областью мозга, перераспределяющей сигналы от органов эмоций. Если бы мы имели возможность засунуть указательный палец прямо в голову на уровне переносицы, то уперлись бы как раз в ту ямку, где он разместился, — «турецкое седло». Гипоталамус — один из наиболее значимых центров, управляющих вегетативной нервной совокупностью, регулирует, например, температуру тела, кровяное давление, аппетит, сексуальную потребность и жажду.

Всего этого Экономо, очевидно, не знал. Но он заподозрил, что тут обязан пребывать центр, управляющий сном. «По всей видимости, — заключил исследователь, — эти клетки делают что-то, благодаря чему мы засыпаем».

на данный момент благодаря изучениям Клифорда Сейпера из Гарвардского университета в Бостоне поступила информация, что в гипоталамусе вправду имеется особый участок, что активизируется при засыпании, — вентролатеральная преоптическая область (ВЛПО). Аксоны нейронов из ВЛПО идут вниз, в области, каковые поддерживают бодрствование. И напротив, дабы не разрешить нам заснуть, центру бодрости необходимо иметь сообщение с гипоталамусом, так что нервные волокна идут и снизу вверх.

Сейпер и его сотрудники сделали следующий вывод: клетки в передней части гипоталамуса являются центромзасыпания, что посредством собственных аксонов подавляет центры бодрствования в стволе мозга, включающем мост мозга и средний мозг. Данный процесс в конечном итоге ведет к засыпанию. «Быть может, это и имеется ключ ко всему механизму, что через гипоталамус руководит состоянием бодрствования и сна», — писал невролог.

Так в 2005 году показалась современная концепция сна, которую Сейпер разместил в собственной статье в издании Nature. В соответствии с данной концепции, вся «сонная совокупность» является сетьюиз нескольких взаимосвязанных между собой узлов, переключающихся особенным образом в определенные моменты времени и регулирующих бодрствование и сон.

Мозговое противоборство

Первая часть неспециализированной совокупности «сон-бодрствование» — тормозящая совокупность. Это ВЛПО в переднем гипоталамусе, от которой к совокупности бодрствования направляется волна торможения, и это ведет к переводу мозга в «дремлющий режим». С позиций биохимии основной «тормозной жидкостью» совокупности есть гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Влияя на особые рецепторы, она подавляет активность нейронов.

ГАМК-рецепторы — это канал в мембране клетки, окруженный громадными протеиновыми молекулами, каковые смогут поменять собственную пространственную структуру (условно говоря, «разворачиваться» либо «сворачиваться»). При связывании ГАМК с рецепторами просвет канала возрастает, через него проходит больше ионов Cl, что ведет к понижению электропроводимости мембраны клетки — делает ее менее чувствительной к электрическим действиям. А это ведет к угнетению импульсной активности — клетка «снижает обороты» с резвого «галопа» до спокойного «шага».

Вторая часть совокупности — это совокупность возбуждения, которая базируется на восьми нервных узлах, образующих два параллельных пучка. По ним волны возбуждения проводятся к коре громадных полушарий. Один пучок начинается в ретикулярной формации (это ствол головного мозга), второй — в так именуемом светло синий пятне (Locus coeruleus).

Находящиеся тут клетки производят б? льшую часть всего имеющегося в мозге возбуждающего нейромедиатора норадреналина. Область несёт ответственность за паники и возникновение страха, и за большую часть отечественного возбуждения.

Имеется и другие нейромедиаторы (дофамин, серотонин и другие), но они связаны с иными процессами в мозгу. Однако существует еще один своеобразный сонный нейромедиатор. В боковом (латеральном) гипоталамусе находится пара десятков тысяч нервных клеток, производящих особенный нейромедиатор орексин (гипокретин). Это вещество биохимики выделили лишь во второй половине 90-ых годов двадцатого века.

В случае если орексина через чур мало либо в случае если в мозгу не достаточно соответствующих ему молекул-рецепторов, появляется редкая заболевание — нарколепсия, которая характеризуется неожиданными приступами засыпания и сонливости.

Сутки, ночь — дни прочь

Но это лишь часть механизма сна. Как и вся живая природа, люди живут в соответствии с собственными внутренними ритмами, каковые завязаны на ночи смены и циклы дня. Имеется время, в то время, когда человек предрасположен ко сну, а имеется время для активной работы.

У организма имеется «биологические часы» — мелатонинергическая совокупность. Главные игроки в ней — супрахиазмальные ядра гипоталамуса и шишковидное тело (эпифиз), находящиеся в промежуточном отделе мозга.

В то время, когда на сетчатку глаза попадает свет, информация об этом идет в супрахиазмальные ядра гипоталамуса (малые часы), и позже, пройдя долгий путь, попадает в шишковидное тело, либо так называемый третий глаз, что помогает весьма многим животным, к примеру птицам и рептилиям, детектором уровня освещенности. У человека в ходе эволюции громадные полушария мозга существенно увеличились, закрыв эпифиз, и он утратил сообщение со светом. Было нужно природе «придумывать» целый данный сложный и существующий сейчас путь регуляции синтеза «сонного» гормона.

В эпифизе производится мелатонин — гормон темноты и ночи. В то время, когда вечером понижается уровень освещенности, начинается выработка мелатонина, передающего клеткам сигнал об «окончании рабочего дня». Главная его функция — тормозное действие на супрахиазмальные ядра, через каковые осуществляется активация совокупностей бодрствования.

Данный процесс возможно сравнить с работой термостата, поддерживающего в холодильнике определенную температуру. Чем продолжительнее мы живем активной судьбой, тем с большей силой центр засыпания испытывает потребность щелкнуть тумблером на сон. Чем продолжительнее мы дремлем, тем меньше потребность в сне, так что в какой-то момент совокупность бодрствования берет верх, и мы просыпаемся и ощущаем, что выспались.

Такая модель регуляции именуется двухфакторной, и создал ее в первой половине 80-ых годов XX века заведующий отделением психофармакологии и сомнологии Цюрихского университета Александр Борбели. В соответствии с ей отечественная потребность в сне в определенный момент времени имеется итог сотрудничества хронобиологических и гомеостатических (поддерживающих внутреннее равновесие) факторов. Эти компоненты ученый назвал процессом S и процессом С. Процесс S — гомеостатическая составляющая потребности в сне, а процесс С — влияние внутренних часов, основная задача которых — покинуть для продолжительного сна как раз ночь.

«Процесс S, наоборот, напоминает песочные часы, — говорит Борбели. — На протяжении бодрствования песок пересыпается сверху в нижний сосуд, при засыпании часы переворачиваются». Исходя из этого для ощущения хорошего отдыха принципиально важно не только то, сколько времени подряд мы проспали, но да и то, сколько времени мы израсходовали в течение дня, дабы организовать составляющую S. А это имеет хорошее использование на практике, известное многим: если вы понимаете, что в ближайшую ночь вам не удастся выспаться, возможно попытаться поспать заблаговременно в середине прошлого дня. И тогда вы станете ощущать себя намного лучше.

И это лишь поверхностный взор на совокупность, важную за сон. Как говорит сомнолог из Регенсбурга Юрген Цулли, «сон — это не покой, это второе бодрствование».

Сеть регуляции сна функционирует как триггер без промежуточных положений. Таковой механизм вероятен благодаря обоюдной блокировке пробуждения и центров засыпания. Когда одна из сторон приобретает преимущество, вся совокупность мгновенно переходит в противоположное состояние. Дабы она не переключалась поминутно туда-обратно, орексин возбуждает все центры бодрствования, не подавляя наряду с этим центр сна.

Данный маленький дисбаланс осложняет переключение именно так, дабы мы довольно редко переходили от сна к бодрствованию и напротив. Для перехода ко сну нужно, дабы совокупность возбуждения ослабла, а активность центра сна усилилась. Данный медленный процесс знаком каждому как неспешно нарастающее утомление.

Статья «Механика сна» размещена в издании «Популярная механика» (№154, август 2015).

Случайные записи:

• Весы для молекул: масс-спектрометрия
• Чак егер: первый сверхзвуковой человек

Почему человек спит?

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Почему диеты не всегда срабатывают?

  На одну и ту же еду у различных людей обмен веществ реагирует по-различному. В то время, когда мы спрашиваем либо даём рекомендации друг другу по поводу…

• Мозг некоторых людей более приспособлен к изучению языков

  Мозг людей, которым легко дается изучение зарубежных языков, пара отличается от мозга всех остальных. К примеру, как говорит New York Times, в свободное…

• Почему эйнштейн был гением?

  Многие вычисляют Альберта Эйнштейна гением, но из-за чего он таким стал? Многие исследователи считают, что у него был особый мозг, что и помогло ему…

• У заикающихся людей проблемы не только с речью

  Мозг людей, каковые заикаются с детства, к зрелому возрасту изменяется, он меняет собственные функции, и те задачи, каковые у простого человека делает…