Питер Шпорк - Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается
Удивительно современно звучит теория сна средневековой целительницы Хильдегарды из Бингена. Поскольку человек, считала она, имеет два состояния: покой и активность, его бодрствование нуждается в своей противоположности, т. е. в сне. Он питает так называемую «сердцевину», т. е. костный мозг — орган мышления в глазах Хильдегарды. По ее мнению, постоянное бодрствование привело бы к истончению сердцевины. Другие ученые того времени подозревали, что сон — естественная реакция тела на отсутствие стимулирующих раздражений извне: ночью организм на время как бы выключается. Еще в XIX в. Александр фон Гумбольдт обсуждал гипотезу о наступлении сна из-за недостатка в мозге кислорода.Все это были захватывающе интересные, свидетельствующие о развитом воображении и порой удивительно тонко продуманные теории, отнюдь не во всем далекие от истины — но научного фундамента под ними не было. Он появился в 20-30-е гг. XX в. в основном благодаря усилиям трех физиологов, открывших новую эру в изучении сна. Швейцарец Вальтер Рудольф Гесс из Цюрихского университета исследовал мозг животных и обнаружил ареалы, отвечающие за необходимую продолжительность сна. Натаниэль Клейтман, родом из России, организовал в Чикагском университете первую в мире лабораторию сна и занялся подробным исследованием темной стороны нашего существования. Американский миллионер и ученый-самоучка Альфред Лумис с помощью сотрудников-профессионалов первым систематически исследовал в своей частной лаборатории сна в Нью-Йорке токи мозга у спящих людей.
Вскоре молодая наука достигла первой поставленной цели. Примерно 50 лет назад было окончательно признано, что засыпание не вызывается внешними для мозга причинами, будь то вредные газы или сгустившаяся кровь. Ученые установили: мозг активно подает сигналы, заставляющие нас временно расстаться с бодрствующим сознанием. Стало ясно, что смысл и цель сна нужно искать именно в центральном органе мышления.
Начался второй этап современной сомнологии. С тех пор ученые успели опутать датчиками и пронаблюдать в лаборатории десятки тысяч людей и животных. Загадка сна осталась неразгаданной. До сих пор продолжаются споры, где в точности пролегает граница между сном и бодрствованием. И все же в наше время нейробиологи, зоологи, физиологи, психологи, врачи-сомнологи и другие специалисты во всем мире получают столько данных о сне, сколько их не было собрано за всю предшествующую историю человечества. Похоже, осталось немного подождать, и тайна будет раскрыта.
Замечательная мысль! Вероятно, одна из последних, что пришли мне в голову в тот жаркий день в Базеле. Сразу после этого я, видимо, заснул. На следующее утро мне сообщили, что я не так уж долго бодрствовал в мешанине проводов. Через 17 мин я уже спал. Мне эти минуты показались вечностью.
Попытки подслушать мозг
Откуда мы знаем, что человек действительно спит? Есть два верных признака. Во-первых, сон возводит стену между внутренним и внешним миром. Чувственное восприятие не достигает у спящего тех частей коры головного мозга, которые отвечают за отражение настоящего, его сравнение с прошлым и оценку его важности с учетом недавнего прошлого и нашего внутреннего настроя. Короче говоря: сознание исчезает.
Во-вторых, сон в любой момент можно прервать извне. Звонок будильника или энергичное потряхивание за плечо подают бессознательно активным центрам в мозгу сигнал тревоги, который мгновенно возвращает нас в состояние бодрствования. Если человек спит, его можно разбудить, а если он в коме, без сознания или под наркозом — нельзя.
Полисомнография. В лаборатории сна врачи измеряют: электрическую активность мозга (ЭЭГ), движения глаз (ЭОГ) справа и слева, напряжение мышц подбородка и икры, храп, токи сердца (ЭКГ), содержание кислорода в крови (Sa02), воздушный поток через нос и рот, а также дыхательные движения грудной и брюшной стенки.
Медицинское определение гласит: «Сон — это регулярно повторяющееся состояние обратимого в любой момент, более или менее выраженного отсутствия сознания».
Но докторантка Мюнх в соседней комнате, отслеживающая на экране компьютера все важные для сомнологов показатели моей физиологии, ищет совсем другие, не менее, если не более, надежные признаки: так называемые тета-волны, сонные веретена и К-комплексы. Все это — характерные рисунки электрической активности головного мозга.
Первым успешно опробовал этот метод на людях неутомимый немецкий психиатр Ханс Бергер примерно 80 лет назад. Так он между делом создал предпосылки, без которых современная сомнология вообще не могла бы существовать. Бергер, заведовавший в Йене неврологическим отделением, на протяжении года регулярно прикреплял подопытным на кожу головы тонкие серебряные пластинки и подключал к чувствительному вольтметру. Затем он замерял разницу напряжения между серебряной пластинкой и так называемым индифферентным электродом, подвешенным на голове где-нибудь подальше от мозга, например за ухом. В 1925 г. ему наконец удалось доказать, что живой мозг и вправду самостоятельно порождает колебания напряжения. В 1929 г. он впервые сделал запись электрической активности мозга у спящего.
Бергер также изобрел употребляемые до сих пор названия как для метода в целом, так и для различных вариантов токов мозга. Каракули своего прибора он назвал энцефалограммой. Сегодня их обычно именуют электроэнцефалограммой, сокращенно ЭЭГ. Энцефалограмма показывает суммарную электрическую активность, возникающую внутри нескольких миллионов нейронов коры мозга, расположенных поблизости от электрода.
Иногда их активность протекает очень ритмично и согласованно, а иногда — вразнобой. В первом случае ЭЭГ будет напоминать правильные волны, поднимающиеся и опускающиеся с интервалом примерно в 0,1 с. Второй вариант отразится на экране как хаотические зигзаги с частотой от 13 до 30 колебаний в секунду. Регулярный узор Бергер назвал альфа-ритмом, а нерегулярный и ускоренный — бета-ритмом. Поскольку при альфа-ритме множество нейронов действует синхронно, их напряжение суммируется, так что кривая электрической активности мозга обычно имеет большую амплитуду, чем у бета-волн.
Современные нейробиологи получают с помощью множества закрепленных в разных местах головы электродов подробнейшую картину работы коры больших полушарий. Когда мы бодрствуем, на энцефалограмме можно видеть, какой участок на данный момент возбужден, то есть порождает ускоренный бета-ритм, а какой отдыхает, то есть порождает медленные бета- и альфа-волны. Исследования спящих людей показали даже, что одни части мозга в одно и то же время спят глубже, чем другие.
Для обычного наблюдения сна много проводов не требуется. В базельской лаборатории мне прикрепили три электрода на лоб и два — под волосы. В результате получилась совершенно нормальная, ничем не примечательная ЭЭГ работы мозга за целую ночь. Но компьютер делает больше — он составляет подробную сомнограмму. Раньше она занимала рулон бумаги длиной 300 м. К счастью, в наше время сом-нограмма умещается на небольшом фрагменте жесткого диска. Мой сон был представлен почти в 60 млн отдельных данных, а затем собран в примерно тысячу обозримых 30-секундных отрезков со множеством параллельных зигзагообразных графиков, которые можно последовательно рассматривать на экране.
На протяжении примерно 8 ч компьютер 128 раз в секунду сохраняет 16 показателей: ЭЭГ со всех пяти электродов, электрические потенциалы, возникающие при вращении глазных яблок, т. е. электро- окулограмму (ЭОГ), электрическую активность мышц подбородка, так называемую электромиограмму (ЭМГ), и токи сердечной мышцы, всем известную электрокардиограмму (ЭКГ); кроме того, записывается температура тела в нескольких местах корпуса и конечностях.
Такая запись, очень существенная не только для науки, но и для медицины, называется полисомнографией. В зависимости от специальных задач исследования можно также регистрировать воздушный поток через нос и рот и дыхательные движения грудной и брюшной стенки, содержание кислорода в крови, храп, движения рук и ног, а у мужчин с подозрением на нарушение потенции — наличие или отсутствие ночных эрекций. Дело в том, что это явление имеет место у всех физически здоровых мужчин, в том числе и тех, кто имеет психически обусловленные проблемы с потенцией. Если же импотенция вызвана физическими причинами, то эрекция не наступает и во сне.
Но самую важную информацию о природе и качестве сна дает все же энцефалограмма. На ЭЭГ, снятой у меня в Базеле, доминируют незадолго до отхода ко сну, пока я еще возбужден и активен, нерегулярные бета-волны. Это совершенно нормально — такой ритм типичен для состояния возбуждения и напряженного внимания, причем он тем быстрее, чем сильнее напрягается мозг. Позже, когда я уже лежу в кровати и постепенно расслабляюсь, появляются ровные альфа-волны — несомненный показатель погружения в себя и успокоения.
