Мы проводим во сне треть нашей жизни, даже если бы могли есть, охотиться, размножаться и играть в компьютерные игры. Кроме того, организм во время сна уязвим и не может постоять за себя. И все же сон вездесущ. Поведение, подобное сну, встречается даже у мух и некоторых медуз, а нарушения сна часто связаны с серьезными проблемами. Давайте выясним, почему природа придумала такое странное состояние бездействия и может ли оказаться, что сон не так важен, как мы привыкли думать.
Существует множество гипотез о функциях сна. Одна точка зрения заключается в том, что сон необходим сам по себе — для закрепления памяти, очистки мозга от метаболитов, восстановления организма и, возможно, даже регулирования работы внутренних органов. И уязвимость спящего организма – это такая «расплата» за ту пользу, которую приносит сон. Другие исследователи полагают, что польза сна прежде всего заключается в том, что в это время организм экономит энергию и не подвергает себя лишним рискам. Например, спящий человек не пойдет в темноте в лес, где его ждет саблезубый тигр, не упадет в плохо освещенную нору или не споткнется о ветку. По этой же причине природа могла изобрести лень.
Одним из аргументов в пользу жизненной необходимости сна является его универсальность. Спят не только люди, но и другие животные — мыши, тюлени, слоны и пингвины (согласно недавнему исследованию в журнале Science, эти птицы спят десять тысяч раз в день, но всего по 4 секунды, накапливая в итоге около 11 часов сна).). Даже медузы входят в состояние покоя, похожее на сон – и если медузам не давать «спать», им потребуется больше спокойного времени. Конечно, это не совсем то же самое, что наш сон и у медузы не может быть энцефалограммы для определения фаз сна, но некоторое сходство прослеживается.
Поведение, подобное сну, наблюдается как у мух, так и у круглых червей. Но действительно ли «универсальность» сна приводит к выводу, что он жизненно необходим? На самом деле нет: в мире есть и другие универсальные вещи, которые нельзя назвать жизненно важными. Например, циркадные ритмы — это «биологические часы», которые есть даже у бактерий. Но в то же время у некоторых видов с помощью генетических вмешательств эти ритмы можно отменить – и никакой катастрофы не происходит. Это означает, что циркадные ритмы полезны, но не жизненно необходимы. Но можно ли то же самое сказать о сне?
Ученые неоднократно проводили эксперименты с депривацией сна на животных. Например, ранние эксперименты с собаками показали, что лишение сна может быть фатальным. Увы, эти эксперименты оказались не только бесчеловечными, но и малоинформативными, поскольку собак не только лишали сна, но и подвергали огромному стрессу. Вопрос: почему ухудшилось состояние четвероногих животных – из-за недостатка сна или из-за причиненных страданий, послуживших орудием лишений?
Затем появились более тщательные эксперименты на крысах. Исследователи взяли контейнер с водой на дне и диск, который мог вращаться над ним. Если диск вращается, крыса падает в воду. По сути, исследователи помещают грызуна в контейнер и контролируют нервную систему испытуемого. Если оказывается, что крыса засыпает, ее «кидают» в воду. В контейнер помещают также грызуна из контрольной группы, который проводит в воде столько же времени, но может спать, когда не спит подопытная крыса. Ведь диск вращается только в том случае, если первая крыса заснет. Зачем нам животное из контрольной группы? Отделить эффект «купания» от эффекта недосыпа.
В результате выяснилось, что проблемы со здоровьем возникают особенно у крыс, которым не дают спать. Эти грызуны страдали язвами, они больше ели, но при этом им было холодно (нарушалась терморегуляция), и в среднем испытуемые умирали через три недели. А вот крысы из контрольной группы чувствовали себя нормально. Выходит, грызунам сон жизненно необходим? Давайте поиграем в адвоката дьявола. Во-первых, эти работы 20-летней давности на удивление не были воспроизведены (по крайней мере, я не нашел подобных испытаний) и что условия между контрольной и экспериментальной группами до сих пор не идентичны. Но подобные эксперименты проводились и на голубях, и голуби, в отличие от грызунов, мало страдали от лишений — у них не развивались язвы, им не было холоднее обычного, и это не приводило к гибели.
А как насчет сна у более простых организмов? Не так давно ученые обнаружили, что плодовые мушки впадают в состояние, похожее на сон. В то же время, когда дрозофил лишают «сна», чаще всего ничего не происходит (хотя не факт, что в природе лишение сна действует на мух так же, как и в лабораторных условиях). Но еще интереснее: существуют мухи с определенной мутацией, которые все равно погибают из-за «недосыпания». Кроме того, оказалось, что мухи даже одного вида сильно различаются по продолжительности «сна». Некоторые мухи спят несколько минут в день, другие – полтора часа. Самки плодовых мух, как выяснили исследователи, спят в среднем в два раза меньше, чем самцы!
Ученые обнаружили сноподобное поведение у вышеупомянутых медуз, а также у гидр. Медузы, например, «спят» так: замерзают и «тонут». А потом они «просыпаются» и всплывают. Исследователи прервали сон как медуз, так и гидр — у последних из-за недостатка сна снизилась активность стволовых клеток, но это не было фатально.
Теперь давайте выясним, могут ли люди обходиться без сна. Есть редкие случаи, когда мужчины и женщины не спали долгое время, и рекорд здесь принадлежит пациенту с редким синдромом Морвана, который предположительно не спал четыре месяца. Хорошая новость в том, что мы не знаем этого со слов пациента. Этот человек жил в лаборатории и находился под наблюдением с помощью полисомнографии известного сомнолога Мишеля Жуве).
Кстати, на здоровье «спящий» пациент особо не жаловался: играл в шахматы, читал газеты и вел обычный образ жизни. Правда, его иногда мучили галлюцинации по ночам. Очень хорошо, что за мужчиной наблюдали с помощью полисомнографии – ведь иногда людям кажется, что они годами страдают бессонницей и вообще не спят, а на самом деле они спят (это называется парадоксальная бессонница).
Обратите внимание: Что такое крейт и зачем это нужно.
Существует еще микросон – это когда после длительного недосыпа вас «выбивает» на несколько секунд или десятков секунд, и вы чувствуете, что просто моргнули глазами..Обычно для хорошего самочувствия людям необходимо 7–8 часов сна. Но некоторым в силу генетических особенностей достаточно поспать около 4 часов – и чувствовать себя совершенно нормально. Итак, можно ли с помощью генной инженерии хотя бы снизить потребность во сне? Этот эксперимент провели на мышах — у них отключили два гена, связанных со сном. В результате у грызунов исчезла быстрая (парадоксальная) фаза сна, когда глазные яблоки быстро двигаются и где мы обычно видим сны, и в целом продолжительность сна значительно сократилась. Мыши не болели, с ними все было хорошо.
Хорошо, а как насчет фатальной семейной бессонницы? Это очень серьезное наследственное заболевание, при котором больной со временем теряет способность спать, ясно мыслить и в конечном итоге умирает. Казалось бы, это железное доказательство необходимости сна, но есть нюанс. Дело в том, что это заболевание является прионным заболеванием. Прионы — это белки, которые действуют как уникальные инфекционные агенты. Эти белки имеют аномальную структуру и при взаимодействии с нормальными белками, подобными себе, разрушают их, а также преобразуют в неправильную конформацию. Именно так «размножаются» «плохие» прионы. А самые известные прионные заболевания связаны с повреждением головного мозга. И фатальная семейная бессонница — лишь одна из них.
Одним из наиболее известных прионных заболеваний является болезнь Крейтцфельдта-Якоба. Ее еще называют болезнью каннибализма, потому что существовали племена, где (в основном) женщины и дети ели мозги своих мертвых соплеменников – и в конечном итоге заболели этой прионной болезнью, которая со временем превращает мозг в «грибок». Не надо заниматься каннибализмом! Но самое интересное, что за болезнь Крейцфельдта-Якоба отвечает тот же белок. Вся разница заключается в одной аминокислоте. Это очень похожие заболевания и возникает вопрос: может быть, смерть при фатальной семейной бессоннице все-таки связана с поражением головного мозга, а не простым недосыпанием.
Теперь давайте обсудим основные представления о том, что такое сон. Популярно мнение, что во время фазы сна с быстрым движением глаз (БДГ) мозг «воспроизводит» события, произошедшие в течение дня. Память «организуется»: одни ненужные связи между нейронами удаляются, а другие закрепляются. Считается, что чем выше коэффициент энцефализации существа (EC, отношение фактической наблюдаемой массы мозга к средней прогнозируемой массе мозга для млекопитающего данного размера), тем более он необходим для быстрого сна. Но недавно выяснилось, что дельфины, млекопитающие с очень высоким ЭК, обходятся без этой фазы. Но при этом дельфины хорошо учатся, запоминают людей и в целом память у них неплохая.
Фаза быстрого сна у человека может практически отсутствовать. Так, в медицине описан случай, когда осколок снаряда попал в мозг человека, в результате чего был поврежден таламус. Фрагмент, конечно, удалили из мозга, и после этого пациент стал юристом и художником. Позже выяснилось, что его быстрый сон длился всего 6 минут, а не полтора часа, как у обычных людей. Однако проблем с памятью у мужчины не было.
В 1970-е годы учёные провели следующий эксперимент: добровольцам надели очки-перископы, при их использовании мир переворачивается – верх вниз, а низ вверх. Участники исследования поначалу ничего не понимали, продолжали падать и ничего не могли сделать. Но со временем их мозг научился воспринимать мир по-новому. В то же время исследователи наблюдали, что случилось с их быстрым сном. По мнению авторов работы, быстрый сон добровольцев был продлен! Но позже другая группа специалистов повторила эксперимент и не обнаружила удлинения фазы быстрого сна. Более того, сами авторы оригинальной работы повторили эксперимент и согласились, что заявленного эффекта нет.
В целом неясно, насколько фаза быстрого сна влияет на память. Таким образом, существует группа популярных антидепрессантов – ингибиторов моноаминоксидазы. Очень часто при приеме этих препаратов пациенты теряют быстрый сон, причем на длительное время. Так вот, миллионы людей сейчас принимают это лекарство – но никто не заметил, что у них ухудшается память. Есть даже некоторые исследования, которые приходят к выводу, что память пациента несколько улучшается.
Но сон ведь для чего-то нужен! На данный момент наиболее правдоподобной гипотезой представляется следующая. В 2013 году Майкен Недергаард опубликовала статью, показывающую, что нам промывают мозги, пока мы спим. Объясню просто: в нашем мозгу есть межклеточная жидкость, омывающая нейроны, количество которой увеличивается во время сна. Это удаляет определенные вещества из мозга, включая бета-амилоид. Это белки, накопление которых наблюдается при болезни Альцгеймера. Процесс «промывания мозгов» влияет на содержание ионов и сигнальных молекул в среде вокруг нейронов, что влияет на их способность к возбуждению. Поэтому мозг не может функционировать во время сна так же хорошо, как во время бодрствования.
Позже появилась еще одна статья в пользу гипотезы «промывания мозгов». Во время глубокого сна у человека наблюдаются медленные ритмы мозговой активности (дельта-ритмы). Когда нейроны активируются, к ним приливает кровь, что приводит к локальному увеличению объема жидкости. Эти ритмичные потоки крови создают что-то вроде насоса, перекачивающего межклеточную жидкость через мозг. Было показано, что если человек получает молекулярную метку, которая находится в его мозгу, то глубокий сон способствует ее удалению, а при лишении сна большая часть метки сохраняется. Так что вполне возможно, что сон необходим для поддержания гомеостаза в среде вокруг наших нервных клеток.
Но о функциях сна пока больше вопросов, чем ответов. Давайте вместе следить за новыми исследованиями.
Рекомендации ↗
📽️ Посмотрите видео полностью
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Зачем нужен сон.