Питер Шпорк - Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается
Так родилась теория локального сна. Согласно этой теории, сон — не единый процесс, равномерно происходящий во всем теле, а своего рода физиологическое предложение организма своим отдельным частям взять столько сна, сколько каждой из них нужно. Поэтому глубина сна в каждый момент не обязательно повсюду одинакова. Вполне можно себе представить, что одна часть мозга спит глубже, чем другие. Например, после многочасовой игры в теннис сенсомоторный центр, координирующий удар, заслужил наиболее полный отдых.
Верность этой теории по крайней мере относительно мозга сейчас окончательно подтверждена. Хорошим примером может служить однополушарный сон морских млекопитающих и птиц. Русский специалист по физиологии животных Лев Мухаметов всякий раз будил дельфинов в то время, когда у них засыпала одна и та же половина мозга. В результате это полушарие отсыпалось потом значительно дольше, чем другое.
Исследователям удалось обнаружить локальные различия в сне и у людей: передняя половина большого мозга спит обычно несколько глубже, чем задняя, вероятно, потому, что дневная активность предъявляет к первой больше требований. «Передние лобные доли мозга важны для познавательной деятельности», поясняет цюрихский сомнолог Ханс-Петер Ландольт. «Эти участки мозга особенно активно работают днем, и здесь выделяется больше таких веществ, как аденозин, повышающих потребность в сне». Разница между левшами и правшами также нередко отражается на ЭЭГ сна: у правшей левое полушарие спит глубже, поскольку там обрабатывается информация правой руки, и наоборот.
Швейцарский сомнолог Александр Борбели и его коллеги решили в 1994 г. проверить эту идею. Они продолжительное время стимулировали вибрирующим физиотерапевтическим аппаратом кисть одной руки у восьми студентов-правшей. В первые часы следовавшего за этим сна действительно регистрировалось больше дельта-волн в тех участках мозга, которые обрабатывали информацию от стимулируемой руки. Правда, эффект проявлялся слабо и был статистически достоверен лишь при раздражении правой руки — и все же это было первое ясное указание на то, что и человеку свойственен локальный сон.
Ирен Тоблер подтвердила эти данные сначала в ходе экспериментов с крысами. Затем в 2004 г. она исследовала локальный сон в мозге мышей. Грызунам шесть часов подряд не давали спать и стимулировали усики только с одной стороны морды. После этого мыши отсыпались, и ученые наблюдали желаемый эффект: «ЭЭГ показывала заметно большую активность длинных волн в задействованном полушарии, чем в незадействованном, — говорит Тоблер. — Причем отдых продолжался целых 10 часов».
Очевидно, нервные клетки этой области мозга затратили больше энергии. Ведь параллельный эксперимент показал, что они после опыта «дозаправились» значительно большим количеством «горючего» в виде глюкозы, чем другие нейроны. Но если локально повышенную потребность в длинноволновой мозговой активности животные могли удовлетворить только во сне, разница в потреблении глюкозы между отдельными участками мозга выравнивалась и в том случае, если ученые не давали грызунам спать. Поэтому маловероятно, что глубокий сон служит только для восполнения запасов энергии, как предполагала одна из ранних теорий.
Кульминацией этого ряда экспериментов стали результаты, опубликованные в том же 2004 г. исследовательским коллективом под руководством Джулио Тонони и Рето Хьюбера из Мэдисона. Их испытуемые обучались перед экраном компьютера с помощью мыши переводить курсор из одного заданного пункта в другой. При этом положение курсора — о чем участники эксперимента не подозревали — систематически сбивалось. Центры, управляющие движением руки, были вынуждены бессознательно учится учитывать этот сбой, как всякий человек бессознательно учитывает, что при подъеме по эскалатору нужно двигаться иначе, чем на обычной лестнице. Осознание приходит лишь в том случае, если движущееся полотно внезапно останавливается.
«Мы выбрали именно этот тест, потому что он позволяет проследить механизмы бессознательного обучения, а также потому, что из прошлого опыта нам известен четко очерченный участок мозга, который при этом активируется».
После тренировки подопытные должны были спать в колпаке, начиненном 256 электродами. Это позволило снять исключительно точную энцефалограмму, на которой просматривалась также разница между отдельными небольшими ареалами. Таким образом ученым удалось установить связь между успехом в обучении и локальной активностью мозга. Во-первых, на том участке мозга, который особенно сильно задействован при отработке предложенных тестов, действительно наблюдались во время глубокого сна особенно интенсивные дельта-волны. «Гомеостатическая потребность во сне явно была здесь особенно сильной», — говорит Хьюбер. Кроме того, во время второй серии упражнений участники показывали лучшие результаты, чем в первый раз, лишь в том случае, если им в промежутке удавалось поспать.
Но самый удивительный вывод был получен из сравнения отдельных испытуемых: «Мы обнаружили четкую корреляцию между уменьшением числа ошибок в тесте и локальным усилением длинноволновой активности во время глубокого сна», — рассказывает Хьюбер. Те участники, которые — по каким бы то ни было причинам — показали на следующий день наилучшие успехи в обучении, глубже всех спали ответственным за данное умение участком мозга. Несколько утрируя, можно сформулировать выводы эксперимента следующим образом: каждая отдельная нервная клетка сама регулирует глубину своего сна, причем эта глубина, по всей вероятности, прямо зависит от того, как сильно данная клетка задействована в консолидации памяти во время сна.
Лучше учиться — и быстрее забыватьИтак, специалисты сегодня практически не сомневаются, что мы учимся во сне. Однако во избежание недоразумений необходимо пояснить: «учиться во сне» в понимании ученых означает лишь то, что наш мозг в еще практически не изученном состоянии сонного сознания закрепляет то, что мы усваивали в течение дня. Тетрадь по математике, положенная на ночь под подушку, пользы не принесет. Во сне мы вряд ли достанем ее оттуда и что-нибудь прочтем. Так же мало толку в том, чтобы спать под звуки обучающей кассеты с иностранными словами. Акустические раздражители из внешнего мира проникают в спящее сознание лишь в том случае, если являются сигналами тревоги.
Когда человек готовится к экзамену и должен в кратчайшие сроки зазубрить большие объемы декларативного знания, ему, вероятно, не повредит даже бессонная ночь, проведенная за учебой. Факты в буферном хранилище в течение нескольких дней хорошо сохраняются и при недосыпе. А после экзамена настанет время хорошенько выспаться и перенести выученное в долговременную память.
Тем не менее всякий, кто в долгосрочной перспективе хочет оптимально использовать свои как сознательные, так и бессознательные умения и способности, непременно должен как следует высыпаться. И, конечно, не повредит перед сном повторить особенно важные вещи: не исключено, что в таком случае мозг во время сна углубленно их проработает. Однако этот совет, как и другие рекомендации, связанные с функционированием памяти — пока чисто умозрительное соображение.
«Память — один из сложнейших предметов психологии и нейробиологии», — пишет Ханс-Иоахим Маркович. Поэтому не удивительно, что мы пока не знаем по-настоящему, как искусственно улучшить ее работу. Во всяком случае, до фармакологических препаратов, которые могли бы целенаправленно усиливать консолидирующее взаимодействие нервных клеток во сне, пока еще очень далеко. Более реалистическая перспектива — усиление глубокого сна в целом, что косвенно способствует и улучшению памяти. Это может делаться посредством электрических полей, синтетического гормона роста или других химических веществ, влияющих на взаимодействие нейромедиаторов в мозге. Чего можно достичь в этой области, пока еще не вполне понятно.
Тем не менее одно практическое медицинское приложение для новых научных результатов уже наметилось: любекский физиолог Ульрих Вагнер и его коллеги надеются с помощью лишения сна предотвращать так называемый посттравматический стресс. Они опрашивали бывших подопытных, четыре года назад проходивших у них тесты на связь сна и памяти, помнят ли они выученное тогда. Оказалось, что люди помнят только эмоционально насыщенные истории, а нейтральная информация из их памяти улетучилась. Впрочем, и эмоциональная память сохранилась лишь у тех, кто после чтения текстов имел возможность три часа спать.
«Эмоционально окрашенные воспоминания могут сохраняться годами, если непосредственно за обучением следует короткий эпизод сна», констатировали исследователи. Переворачивая это заключение, они предлагают не давать людям уснуть в течение нескольких часов после травмирующего события, например, происшедшей на их глазах тяжелой аварии или катастрофы. Это ослабляет образование эмоциональной памяти, тем самым разрушая фундамент посттравматического стресса. Есть надежда, что это предотвратит появление таких симптомов, как регулярные ночные кошмары, панические атаки, депрессии, нарушения сна и хроническая усталость.
