Читать книгу: «Загадки сна»

Главный редактор серии А. Бабицкий

Научный редактор В. Ковальзон, д-р биол. наук

Редактор А. Никольский

Куратор серии К. Самойленко

Дизайн обложки А. Смирнова

Иллюстрации Ю. Жданова

Ассоциация «Издательский дом «ПостНаука»

www.postnauka.ru

books@postnauka.ru

Руководитель проекта А. Тарасова

Корректоры М. Миловидова, С. Чупахина

Компьютерная верстка А. Фоминов

© Полуэктов М., 2018

© Ассоциация «Издательский дом «ПостНаука», 2019

© ООО «Альпина нон-фикшн», 2019

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

* * *

Введение

Каждый день с наступлением темноты наш организм погружается в непонятное состояние. В это время мы не получаем новой информации, активно не двигаемся, в общем, не взаимодействуем с внешним миром и при этом практически беззащитны перед опасностью, поскольку глаза закрыты, а чувствительность к внешним стимулам снижена. Психическая деятельность в то же время происходит, но она какая-то «другая», возникают различные образы, складывающиеся в причудливые сюжеты, которые мы можем воспроизвести лишь частично. Взрослые люди уже привыкли к неизбежному ежевечернему приходу этого состояния и не противятся ему. Дети же, не отягощенные жизненным опытом, активно сопротивляются, пытаются продлить время сознательного бодрствования, пользуясь для этого доступными им уловками. Наутро мы оказываемся вознаграждены за период вынужденного бездействия тем, что ощущаем прилив сил и улучшение мыслительных способностей. Значит, что-то происходит в это кажущееся бесполезным время, нечто, восстанавливающее важнейшие функции организма и дающее ощущение «утренней свежести».

Минули сотни лет, пока человечеству удалось хотя бы частично разгадать загадку и определить, что именно в организме восстанавливается во время сна и почему сон так необходим для жизни. В этой книге я расскажу о современных представлениях о состоянии сна, о том, как эти знания помогают улучшить сон или устранить его нарушения.

Изучением состояния сна человека и животных занимается сомнология – раздел биологии (науки о живом). Ученые-сомнологи изучают сон как животных, например дельфинов, так и людей. Медицина является разделом биологии, который посвящен болезням людей. Медицина смыкается с сомнологией в тех случаях, когда идет речь о нарушениях сна у людей или же об изменении известных болезней во сне. Эта пограничная область медицины известна под названием медицины сна.

Мой путь в сомнологию начался в 1991 г., когда я был студентом Первого Московского медицинского института и подрабатывал в клинике нервных болезней, где трудился выдающийся невролог академик Александр Моисеевич Вейн. Сомнология была одной из многих, хотя и самой любимой из нейронаук, к которым он проявлял интерес. Профессор Вейн работал над концепцией «функциональной неврологии», согласно которой болезни нервной системы следует рассматривать диалектически, в динамике, поскольку их проявления, течение и возможности лечения зависят не только от давности заболевания (это как раз понятно), но и от других факторов. Среди таких факторов играет роль, например, пол больного, поскольку некоторые заболевания протекают тяжелее у мужчин (рассеянный склероз), а некоторые – у женщин (гипертоническая болезнь); состояние эмоциональной сферы – справедливо расхожее выражение, что «в наступающей армии больных меньше, чем в отступающей»; а также существенные отличия состояния в приступном и межприступном периодах при пароксизмальных состояниях. Значительную часть этой концепции занимала связь болезней с состоянием сна: согласно воззрениям А. М. Вейна, болезни, возникающие во время сна, вызывали более тяжелые последствия, чем те, которые проявлялись в состоянии бодрствования. Важным также представлялось изучение влияния на здоровье самих нарушений сна, таких как бессонница или обструктивное апноэ сна.

Проблемой для проведения исследований сна в то время были громоздкость оборудования и потребность в специально подготовленных помещениях. Записи сна проводились на чернильных электроэнцефалографах, которые расходовали по 400 метров специальной бумаги за ночь. При этом ночью требовалось не забывать подливать в самописцы чернила, разбавляя их для лучшей текучести спиртом. Больные спали в так называемых камерах, стены которых были покрыты металлическими пластинами для защиты от электромагнитных помех. При такой трудоемкости помощь добровольцев была очень желанной, и мне сразу удалось принять участие в нескольких работах, связанных с изучением апноэ во сне и применением снотворных препаратов при бессоннице.

Как студента, а в дальнейшем и врача-невролога меня удивляло пристальное внимание профессора Вейна к фундаментальным проблемам сомнологии. На клинических конференциях, разборах больных постоянно обсуждались механизмы возникновения сна, особенности регуляции деятельности дыхательной, сердечно-сосудистой, эндокринной системы в этом состоянии. Нам, молодым врачам, хотелось другого – скорее начать лечить болезни и быть успешными в этой работе. Поэтому «высокоученые» рассуждения о физиологических основах деятельности организма во время сна воспринимались плохо, к тому же нейрофизиология очень сложна даже для подготовленного специалиста. И только в процессе дальнейшей работы, став сотрудником кафедры нервных болезней и приступив к работе в отделении медицины сна, для меня стала очевидной правильность бытовавшего в лаборатории подхода к пониманию проблем сна, которое основывалось на знании его физиологических механизмов. Современные методы лечения нарушений сна, такие как избирательное воздействие на рецепторы отдельных мозговых систем, участвующих в индукции сна (например, орексиновой), или же методы когнитивно-поведенческой терапии, исправляющие психологические дефекты восприятия сна, требуют понимания глубинных процессов, обеспечивающих сон.

Для человека, не вовлеченного в сферу сомнологии, понимание природы своего сна также будет нелишним. «Вечными» являются вопросы: как спать меньше и при этом сохранять высокую работоспособность? Что означают сновидения? Можно ли обучаться во сне?

Эти и другие вопросы физиологии сна и его расстройств мы регулярно обсуждаем на открытых семинарах, которые уже много лет, раз в два месяца, проводятся в Центральном доме ученых в Москве. Каждый семинар мы посвящаем какой-либо актуальной проблеме физиологии и медицины сна. Эта книга фактически является кратким изложением того, что удалось почерпнуть на семинарах в общении с ведущими специалистами по проблемам сна в нашей стране.

Михаил Полуэктов,

Сеченовский университет

1
Сколько нужно спать. Прав ли был Леонардо?

По пути Леонардо. Как в одиночку переплыть Атлантический океан. Кто возразит Наполеону? Неспящие в Чувашии. Эффект «первой ночи». Сколько нужно спать, чтобы быть здоровым и богатым? Растут ли дети во сне? Пенсионер – лучший кандидат для сменной работы

Затраты времени на сон у человека очень велики – почти треть жизни мы проводим в этом состоянии. Неудивительно, что одним из важнейших стремлений человечества оказалась потребность уменьшить время сна, освободить его для других, более важных дел – работы или отдыха. Как пример часто приводится личный опыт ученого и художника эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. Леонардо признан «эталонным» гением, который преуспевал в любой выбранной сфере деятельности. Он нарисовал знаменитую Мону Лизу (Джоконду), виртуозно играл на лире, занимался анатомией человека и создал чертежи парашюта, орнитоптера, прожектора и т. д. Предполагают, что Леонардо успевал делать столь много благодаря тому, что имел особый режим сна и бодрствования – спал по 15 минут каждые 4 часа. Соответственно, на сон он отводил только 1,5 часа от общего времени суток, остальные же были свободными для творчества. Остается непонятным одно: кто на самом деле запустил эту «утку», прикрываясь именем гения. Один из исследователей сна, Клаудио Стампи, который решил пойти по пути оптимизации сна, приписываемому Леонардо да Винчи, ответил на вопрос о возможном отношении художника к такому режиму сна (его еще называют полифазным сном): «Я спрашивал нескольких исследователей об этом аспекте жизни Леонардо, все они сошлись во мнении, что документальные свидетельства (такого режима. – Прим. авт.) отсутствуют»¹.

Тем не менее Клаудио Стампи решил проверить идею осуществимости полифазного сна. Для этого он попросил добровольца придерживаться указанного режима (1,5 часа сна в сутки) в течение продолжительного времени. Художник Франческо Джост провел в таком режиме 19 суток, адаптировался к нему, сохранив работоспособность, и по окончании эксперимента тут же записался на следующий, который длился 48 суток. Франческо спал по 3 часа в сутки (6 раз по 30 минут), и при этом его работоспособность сохранялась на достаточном уровне. Результаты экспериментов привели в недоумение самого ученого: в то время, когда они проводились (в 1990 г.), был уже накоплен достаточно большой материал о вреде ограничения сна (так называемой депривации сна) для профессиональной деятельности и здоровья. Клаудио Стампи сделал вывод о том, что «режим Леонардо» возможен для некоторых людей, генетически приспособленных к ограничению времени сна, хотя требуются дальнейшие исследования его приемлемости на многих испытуемых.

В другом исследовании, проводившемся в 1998 г., правда лишь в течение одних суток, применялась более мягкая методика, при которой испытуемым позволялось отдыхать (в том числе и спать) 4 раза по 4 часа, если захочется, а остальное время (8 часов) отводилось на работу. Подобный режим привел к тому, что среднее время сна у них составило 5 часов в сутки. Исследователи обнаружили, что при таком режиме дня у испытуемых во время бодрствования отсутствовали периоды «микросна» с непроизвольными засыпаниями, которые могли бы представлять опасность при выполнении сложной работы, например при вождении автотранспорта².

Вопрос возможности применения различных вариантов полифазного сна (сон 2–4 раза в сутки) для того, чтобы обеспечить восстановление основных функций организма, остается очень важным с практической точки зрения. В индустриально развитых странах 20 % населения работает по сменному графику, подразумевающему, что часть работы приходится выполнять и во время, предназначенное для сна. При этом возникает дефицит сна и возрастает вероятность ошибок, которые могут иметь фатальное значение, если это случается, например, на атомной станции или за рулем автомобиля. В связи с этим продолжают проводиться исследования для поиска оптимальной стратегии «разделения» времени сна, при котором производительность труда и внимание нарушались бы в наименьшей степени. По результатам большинства таких исследований делается вывод, что применение полифазного сна не сопровождается существенным изменением производительности и не влечет за собой негативных последствий, если испытуемым удается получать 5 часов сна в сутки.

В другом исследовании, опубликованном в 2015 г., здоровые добровольцы в течение 14 дней жили по следующему графику: их «сутки» составляли 14 часов, при этом 4 часа уходило на сон, а 10 – на активную деятельность. Показатели сна испытуемых сравнивались с данными другой группы, которая имела один продолжительный период сна («как положено» – 7,6 часа). При этом показатели сна группы людей, спавших полифазным сном, были, с одной стороны, несколько хуже: они дольше засыпали, чаще просыпались. С другой стороны, их сон оказался более «концентрированным» – они имели меньше периодов бодрствования в то время, когда должны были спать, и в целом у них была обнаружена большая продолжительность глубокого сна³. Так что попытка героя Константина Хабенского наладить жизнь своей семьи по полифазному протоколу (фильм «Хороший мальчик», режиссер О. Карас, 2016) с точки зрения науки не выглядит таким уж чудачеством.

Значительное ограничение сна в течение длительного периода случается достаточно часто, а в экстремальных условиях это практически неизбежно и позволяет выявить тот минимум сна, который природа еще может позволить человеку. Примером являются гонки яхт-одиночек через Атлантический океан. Эти мероприятия проводятся с 1960 г. и называются одиночными трансатлантическими гонками Observer (Observer Single-handed Trans-Atlantic Race, OSTAR), поскольку в самом начале их главным спонсором выступала газета Observer. Парусные сверхмарафоны стали традиционными и приурочиваются к Олимпийским играм. Одиночное трансатлантическое плавание является идеальной моделью для того, чтобы выявить, какова же нижняя граница допустимой продолжительности сна: каков тот минимум сна, который позволял бы человеку успешно справляться с тяжелой, требующей напряженного внимания работой, такой как управление парусной лодкой?

Во время одиночного плавания яхтсмен сталкивается с необходимостью в течение многих дней и недель отвечать на внезапно возникающие изменения обстановки – высоты волны, направления течения, ветра и пр. Для того чтобы своевременно отреагировать, ему требуется максимальное время находиться в состоянии бодрствования. В условиях нормальной видимости рулевой должен обозревать горизонт не менее одного раза в 15 минут, чтобы выявить опасную ситуацию. Сохранять высокий уровень внимания и ограничивать время сна спортсменам помогает высокая мотивация – призовое место подразумевает получение значительного денежного приза. В первой одиночной трансатлантической гонке OSTAR, проводившейся в 1960 г., время преодоления маршрута от Плимута в Британии до Нью-Йорка в США составило 38 дней, в то время как в 2000 г. на это ушло только девять дней. При анализе результатов гонок обсуждается вопрос о том, что изменения в технологиях изготовления яхт, произошедшие за это время, не могли оказать столь существенного влияния на улучшение показателей. Главным считается мастерство шкиперов, их умение поддерживать высокий уровень внимания и физической активности. При этом преимущество получают те, кто имеет возможность оптимально распределять свое время сна и бодрствования.

Ученые просили яхтсменов, участвовавших в трех таких гонках, указывать в бортовом журнале время, когда они спали, а затем проанализировали эти данные. Оказалось, что представление о «неспящих» яхтсменах сильно преувеличено – по данным журналов, во время регаты их сон составлял в среднем по 6,3 часа. При этом средняя продолжительность эпизода сна яхтсменов составила 2 часа, т. е. наиболее частым режимом являлся полифазный сон с тремя засыпаниями. Однако те из них, кто преодолел маршрут с наилучшими показателями, спали в целом меньше (4,8 часа в сутки), а каждый период сна был короче – 1,3 часа. Таким образом, для наилучшего прохождения дистанции важным оказалось не только спать меньше, но и максимально использовать возможности полифазного сна, причем несмотря даже на высокую мотивацию к победе самым лучшим из спортсменов удалось сократить время сна в сутки только до значения около 5 часов.

Другая ситуация вырисовывается для гонок яхт на короткие дистанции. В 2012 г. были опубликованы результаты исследования сна яхтсменов, участвовавших в гонках одиночек «Фигаро». Эти гонки организованы на трех различных дистанциях, самая длинная из них проходится за двое с лишним суток. На этот раз сон участников можно было оценить не только по их субъективным отчетам, но и по объективному методу актиграфии – регистрации двигательной активности при помощи датчика в форме часов, постоянно носимого на запястье. Оказалось, что время сна у них сократилось очень сильно – от 22 минут в сутки для самой короткой дистанции до 172 минут (менее 3 часов) для самой длинной. При этом показатели выполнения тестов на внимание, сообразительность и скорость реакции на фоне значительного укорочения времени сна у яхтсменов также ухудшились. Получается, что человек может значительно сократить необходимое время сна при наличии сильной мотивации и на какое-то время этого будет хватать для обеспечения необходимой эффективности (в данном случае – чтобы поддерживать оптимальный парусный режим и курс лодки), несмотря на ухудшение психического состояния.

В заключение темы сна мореплавателей следует сказать о трансатлантических гребных гонках. Еще до OSTAR двое норвежских рыбаков в 1896 г. на гребной лодке пересекли Атлантический океан за 55 дней. Ежедневно 18 часов они гребли, 1 час уходил на еду, а 5 часов – на сон. Позже англичанин Том Мак-Клин на одиночной гребной лодке в 1966 г. пересек Атлантику за 72 дня. При этом молодой человек также отводил на сон по 5 часов в сутки. В этих случаях во время сна целенаправленное движение лодки было невозможным, как это бывает на парусных судах с закрепленным румпелем, и не было неотложной необходимости прибегать к полифазному сну: во время сна гребца лодка с курса не сбилась бы. Тем не менее из приведенных примеров следует, что 5-часового сна в течение длительного времени оказалось достаточно для восстановления физических сил гребцов.

Чему нас учат опыты по воспроизведению полифазного сна Леонардо да Винчи и участников трансатлантических гонок? В кратковременной перспективе, когда речь идет по крайней мере о нескольких неделях особого режима сна и бодрствования, полифазный сон оказывается не так уж вреден для организма. Причем человек получает сон «концентрированный» более, чем обычно, состоящий из большего количества глубоких стадий, и скорее всего даже в случае небольшой нехватки сна это не оказывает отрицательного влияния на его способность выполнять различные виды работ. Да, полифазный сон не такой естественный, как монофазный, тем не менее он успешно выполняет свою функцию. И возможно, Леонардо действительно использовал этот режим, когда находился в «творческом экстазе», создавая свои произведения. Можно ли жить так постоянно – данный вопрос остается открытым, ведь исследования полифазного сна продолжительностью, например, в год не проводились.

При наблюдении сна яхтсменов, а также в некоторых других экспериментах регулярно вырисовывается значение длительности сна около 5 часов. Используется даже термин для такого сна – это так называемый «ядерный» (core) сон. В названии отражена идея, что для того, чтобы обеспечивать восстановление самых важных функций организма, прежде всего физических сил, необходимых для выживания, человеку, по-видимому, достаточно 5 часов сна. При этом способность к концентрации внимания, осуществлению сложной деятельности, а также ощущение удовлетворенности сном страдают, но тем не менее человек может выполнять достаточно сложные виды деятельности, сопряженные с риском для жизни (например, управление парусным судном).

Но что произойдет, если в таком режиме люди начнут жить постоянно? Чтобы ответить на этот вопрос, следует посмотреть, какова средняя продолжительность сна в общей популяции, среди обычных людей, живущих вокруг нас. Конечно, часто встречаются упоминания о людях, которые рассказывают, что они совсем не спят. По крайней мере, так это подается в средствах массовой информации. Мне довелось общаться с таким человеком в 2005 г. на одной из телевизионных передач. Это Федор Нестерчук, украинский пенсионер, который, по сообщениям СМИ, совсем не спит уже 20 лет. Сон этот человек потерял после чернобыльской катастрофы. Когда я напрямую спросил его: «Действительно ли вы не спите?» – Федор ответил, что он, конечно, «спит, но мало».

Известны истории о том, что Наполеон, Сальвадор Дали, Томас Эдисон на сон тратили ничтожную часть жизни. Томас Эдисон считал 8-часовой сон «жалким низведением до уровня пещерного человека» и действительно многое сделал для того, чтобы испортить человечеству сон (но это уже другая история про «эффект Эдисона»). Проверить подлинность рассказов о коротком сне знаменитостей мы не можем без специального оборудования или же ввиду особого статуса субъектов такого исследования. Вряд ли кому-либо из приближенных Наполеона, например, пришла бы в голову мысль, говорит ли император правду о своем 4-часовом сне, – это было бы опасно, но не для здоровья Наполеона, а для головы усомнившегося. Кроме того, выдающиеся люди, оставившие след в истории, часто отличались еще одной особенностью – периодами «творческой одержимости», когда исключительная мотивация позволяла им ограничивать время сна на какой-то период, как это происходит сейчас с яхтсменами во время одиночных трансатлантических гонок.

Поэтому, опрашивая людей о продолжительности их сна, мы должны принимать во внимание всегда присутствующую вероятность ошибки, поскольку представления о своем сне у некоторых из них могут быть искажены. Эти искажения происходят как в силу того, что сам сон – это особое состояние сознания, в котором процесс запоминания изменяется, так и в силу того, что по каким-либо причинам сам человек может предоставлять неверные данные. В известном психологическом тесте – Миннесотском многоаспектном личностном опроснике – даже существует «шкала лживости», которая позволяет оценить степень достоверности информации, предоставляемой интервьюируемым. В случае оценки субъективной продолжительности сна, когда требуется опросить тысячи людей, чтобы составить представление о ситуации со сном в общей популяции, использовать такой инструмент оказывается затруднительно. Ученым приходится «верить на слово» и пытаться преодолеть возможность ошибки за счет значительного увеличения числа опрошенных.

Наиболее известным из таких опросов стало исследование Дэниела Крипке из США, опубликованное в 2002 г., который проанализировал данные о продолжительности сна, полученные в процессе опроса, заказанного Американским обществом борьбы с раком. На вопросы анкеты ответили 1,1 млн человек. Наибольшее число (38 %) и мужчин и женщин ответили, что спят 8 часов, на втором месте оказались спавшие 7 часов, на третьем – 6 и т. д. Фигурировали в этом отчете и люди, спавшие 3 часа (0,1 %), а также спавшие более 10 часов (1,5 %)⁴. Опросы, проведенные в других странах, также определили, что в наибольшей степени представлены в популяции группы людей, спящие 7 или 8 часов. В другом исследовании, проходившем в Западной Европе, было опрошено 55 000 человек, при этом среди различных групп больше всего оказалось тех, кто спал 8 часов⁵. В российском исследовании, проведенном профессором А. В. Голенковым в Чувашии в 2010 г., самой представительной (29 %) также оказалась группа людей, спавших 8 часов⁶.

Конечно, когда обсуждаются данные этих исследований, базирующихся на опросе «всех подряд» людей из общей популяции, мы понимаем, что оцениваем не сон абсолютно здорового человека. В общей популяции вокруг нас есть и больные люди, у которых сон нарушен, поэтому они спят меньше (или думают, что спят меньше), по 4–5 часов. При некоторых заболеваниях потребность во сне, наоборот, увеличивается – и это тоже следует принимать во внимание, когда обсуждается идеальное для взрослого время сна. Тем не менее, как и в случае с заведомо ложными рассказами людей о том, что они никогда не спят, мы можем преодолеть эту погрешность за счет увеличения выборки; 1,1 млн человек – это более чем достаточно для того, чтобы понять, где же находится значение оптимальной продолжительности сна.

Проведенные опросные (с использованием анкет) исследования также показали, что на продолжительность сна человека в условиях обычной жизни значительное влияние оказывают внешние и внутренние факторы. Для работающих людей критичным является приуроченность сна к рабочим или выходным дням. Согласно уже упоминавшемуся европейскому исследованию, в выходные дни доля людей, спящих 8 часов, наиболее высока, в то время как в рабочие дни оказывается больше всего тех, кто спит 7,5 часа. Хронотип, т. е. разделение на «сов» и «жаворонков» по месту сна во времени суток (об этом будет идти речь в следующих главах), также оказывает влияние на продолжительность сна. Люди «позднего» хронотипа – «совы» – имеют нехватку сна в рабочие дни, поскольку ложатся спать поздно, а вставать на работу приходится рано. Поэтому в целом «совы» отчитываются о более короткой продолжительности сна, чем люди «раннего» хронотипа («жаворонки»), если считать и рабочие, и выходные дни вместе.

В идеальном варианте для того, чтобы доказать, что опрошенные действительно спали столько, сколько они утверждают, следовало бы провести каждому из них специальное исследование сна – полисомнографию. При этом к голове человека прикрепляются датчики, регистрирующие несколько видов электрической активности в течение ночи – электроэнцефалограмму (ЭЭГ), электроокулограмму (движения глазных яблок) и электромиограмму (напряжение мышц подбородка). Обычно такие исследования проводят в специально оборудованной лаборатории, где в течение ночи есть возможность следить за испытуемым, но в настоящее время существуют и приборы, позволяющие записывать сон в домашних условиях. При помощи этого исследования мы можем с максимальной точностью определить, сколько же сна на самом деле требуется конкретному человеку. Другое дело, что массовые исследования такого рода в репрезентативной выборке, т. е. такой группе, которая по структуре – соотношению мужчин и женщин, людей активно работающих и пенсионеров, больных и здоровых – соответствует общей популяции, невозможны из-за высокой стоимости проведения. В научной литературе приводятся результаты объективных исследований сна в больших популяциях, но это, с одной стороны, люди с определенными заболеваниями, т. е. выборка уже нерепрезентативна, не отражает структуры популяции, поскольку сама болезнь, например депрессия, сопровождается нарушением сна. С другой стороны, сам факт проведения исследования нарушает сон, поскольку изменяется привычная для человека обстановка, если он спит в лаборатории сна или, находясь в домашних условиях, ощущает наложенные на него датчики. Возникает так называемая ориентировочная реакция – естественный физиологический рефлекс на новое, свойственный как животному, так и человеку. При этом возрастает уровень активации (живое существо готовится к отражению возможной угрозы), что приводит к изменению времени засыпания и самого сна. Это нарушение сна во время проведения исследования известно специалистам и носит название «эффекта первой ночи». Поэтому исследования сна стараются проводить после того, как человек уже находился одну ночь в условиях лаборатории, привыкая к ним (адаптационная ночь). Это все равно не дает полной гарантии качества, поскольку условия, в которых проводится исследование, остаются нестандартными для его обычного сна.

Результаты самого объемного на настоящий момент исследования продолжительности сна с использованием полисомнографии – «Исследования здоровья сна и сердца» (Sleep Heart Health Study), включавшего 5800 полисомнографических записей людей в возрасте 40–85 лет начиная с 1995 г., показали, что в лабораторных условиях чаще определялась продолжительность сна от 6 до 7 часов, чем какая-либо другая⁷. Такое расхождение между объективно подтвержденной продолжительностью сна человека и его представлением о самом сне подтверждает силу «эффекта первой ночи», уменьшающего время сна в новых условиях. С другой стороны, это может показать и то, что наши представления о своем сне завышены. Просто человек не может с достаточной точностью оценить, сколько он спит на самом деле, когда его об этом спрашивают.

Итак, когда мы говорим о том, сколько должен спать человек, за критерий «нормальности» принимается наиболее распространенное значение продолжительности сна, который он ощущает, а именно 7–8 часов. В рамки этих значений укладывается большинство людей. При этом, скорее всего, люди «завышают» истинную продолжительность своего сна, поэтому при его ограничении в экстремальных условиях (у яхтсменов, к примеру) ничего страшного не происходит, поскольку он сокращается не так уж и значительно (например, не с 8 часов до 5, а с 6 до 5).

Есть еще один способ определить заложенную в человеке оптимальную продолжительность сна методом «от противного» – посмотреть, а что же случится с теми людьми, которые спят плохо, меньше установленной нормы. Для этого используются данные популяционных исследований заболеваемости и смертности, ведь конечным итогом всех научных медицинских изысканий должна стать возможность улучшить качество жизни и ее продолжительность.

В упоминавшемся уже исследовании Дэниела Крипке был проведен анализ смертности участников опроса в течение наблюдения (1982–1988) в зависимости от времени, которое они спят. Оказалось, что минимальные цифры смертности наблюдались среди людей, спавших 7 часов, в то время как для спавших 3 часа и менее смертность увеличивалась на 7–11 % (по-разному для женщин и для мужчин). Странной поначалу находкой оказалось то, что люди, спавшие больше 7 часов (а значит, имевшие больше возможности восстанавливаться и накапливать силы), также продемонстрировали увеличение показателя смертности: при 8-часовом сне она возрастала на 13–12 % для мужчин и женщин, а в дальнейшем – еще больше.

Эти данные подтверждаются и результатами других исследований. Характерная перевернутая куполообразная кривая зависимости смертности от продолжительности сна получилась в относительно недавнем, 2013 г., южнокорейском исследовании, затронувшем 13 000 человек. Самые низкие показатели смертности наблюдались у людей, спавших от 7 до 8 часов⁸.

Ученые объясняют «странный» эффект избыточного сна тем, что в группу «долгоспящих» попадают, по-видимому, люди с имеющимися уже проблемами со здоровьем, при этом их организму требуется больше сна для восстановления. Или же они оказываются настолько нездоровыми, что не могут объективно оценить время своего сна и завышают его. Новое объяснение этого феномена прозвучало в 2018 г, когда было обнаружено, что у людей с длительным сном теломерные участки хромосом оказываются более короткими, чем у лиц с нормальным или сокращенным временем сна. От длины теломерного участка зависит окончательное число делений клетки и, фактически, срок жизни.

На основании результатов этих и других исследований в 2015 г. Американская академия медицины сна опубликовала соглашение экспертов из медицинского и научного сообщества. Согласно этому документу, здоровому взрослому человеку, не имеющему особых потребностей (как, например, у спортсменов или военнослужащих), на регулярной основе требуется получать не менее 7 часов сна. Спать более 9 часов здоровым людям без особых на то причин не рекомендуется, хотя «нет определенных научных доказательств вреда последнего»⁹.

В рекомендациях академии встречаются такие оговорки, как «взрослым» и «особых потребностей». Нам известно, что дети спят много, новорожденные – почти все время. Каким же образом это соотносится с заложенной в нас генетически продолжительностью сна? Неужели у детей другие гены, нежели у взрослых?

Действительно, дети спят значительно больше, чем взрослые люди. По данным швейцарского исследователя Иво Иглоуштайна, едва родившийся ребенок спит 16 часов в сутки, в возрасте полугода – 14,5 часа, а к 16 годам достигает 8,5-часового времени сна¹⁰. Самые большие изменения продолжительности сна происходят на первом году жизни ребенка, в это же время (до 2-летнего возраста) тело человека наиболее активно растет (второй период наиболее активного роста приходится на период полового созревания, но это уже другая история). Не вызывает сомнения, что если сон выполняет некую восстановительную функцию, то в период максимального роста организма эта потребность наиболее востребована. Механизмы, благодаря которым состояние сна способствует такому восстановлению, изучены недостаточно. Тем не менее известно, что бо́льшая часть суточной продукции гормона роста (около 80 %) выделяется именно в состоянии глубокого сна. Расхожее утверждение, что «дети растут во сне» – это не красивая метафора, которая означает, что мы не видим, как они растут, а доказанный научный факт. У взрослых благодаря такому гормональному эффекту сон способствует лучшему мышечному восстановлению. Показано, что у спортсменов при увеличении времени, отводимого на сон, улучшаются результаты, и наоборот, у пожилых людей с нарушениями сна потеря мышечной массы, обусловленная старением (саркопения), ускоряется.

Увеличение потребности во сне у детей можно рассматривать и с другой, психической точки зрения. Современные теории рассматривают сон как состояние, способствующее закреплению новой информации, а кто как не ребенок в первые месяцы жизни сталкивается с ее лавинообразным потоком! Поэтому повышение времени сна в детском возрасте представляется совершенно логичным с обеих точек зрения. Когда же эта повышенная потребность исчезает, когда детям можно спать, «как взрослым»? Если формально подходить к данному вопросу, то сначала нужно решить, когда детство заканчивается. Согласно определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), взрослым считается человек, достигший возраста 18 лет, значит, «по закону» с этого времени его потребность во сне должна снижаться. Если рассматривать этот вопрос не с формальной, а с научной точки зрения, то следует взглянуть на график, опубликованный на заре исследований сна, в 1966 г., в журнале Science¹¹. Здесь мы можем увидеть, что «взрослые» 8 часов сна человек действительно начинает получать с возраста 18 лет, когда заканчивается половое созревание! В дальнейшем потребность во сне уменьшается очень медленно по сравнению с детским возрастом. Если в первые 18 лет жизни продолжительность сна ребенка уменьшилась на 88 %, то в последующие полстолетия потребность во сне снизилась только на 47 %. На основании данных этого и других исследований, проведенных в конце прошлого века, было принято считать, что пожилые люди имеют меньшую потребность во сне, поскольку расти им уже не нужно, а клетки мозга у них работают не так интенсивно. Согласно данным упомянутого «Исследования здоровья сна и сердца», ценность которого заключается в том, что сон оценивался при помощи объективного метода полисомнографии, также можно увидеть, что общее время сна изменяется в сторону уменьшения: у людей в возрасте 45–54 лет оно составило 6,1 часа, 65–74 лет – 5,9 часа, а у людей в возрасте старше 85 лет – уже 5,6 часа.

Уменьшение потребности во сне для пожилых людей является реальностью, несмотря на тот же самый генетический аппарат сна, который был задан при рождении. После того как детство с его психическими и физическими нагрузками миновало, этот аппарат, по идее, должен обеспечивать одинаковую потребность сна в последующие годы жизни; но этого не происходит! Предполагают, что уменьшение потребности во сне с возрастом связано с изменением чувствительности «рецепторов сна» (точнее, рецепторов к главному «веществу сна» – аденозину). Этих рецепторов с возрастом становится меньше, и они уже не обеспечивают пожилым людям достаточного для засыпания давления сна к вечеру (с этим термином мы познакомимся, когда будем обсуждать механизмы развития сна). В пользу представления о том, что пожилым людям нужно меньше спать, свидетельствует и установленный факт, что они лучше переносят нехватку сна, чем молодые. В 2010 г. было показано, что если специально нарушать сон здоровых людей разных возрастных групп звуковыми стимулами, то это будет сопровождаться нарастанием сонливости днем (качества такого прерывистого ночного сна не хватит для полного восстановления). Однако уровень сонливости в самой старшей по возрасту группе испытуемых (от 66 до 83 лет) оказался при этом самым низким по сравнению с более молодыми «коллегами»¹². Так что работу, связанную с нарушением сна, было бы неплохо поручать людям более старшего возраста, так как их производительность от ограничения времени сна будет страдать в меньшей степени.

Довольно часто возникает вопрос: стали ли современные люди спать меньше? Ведь научно-технический прогресс сопровождается большей интенсивностью трудовой деятельности, следовательно, большей потребностью в отдыхе. На этот вопрос удалось ответить группе американских ученых. В 2016 г. они обобщили результаты исследований, включавших объективную оценку сна методом полисомнографии за последние 50 лет, и с удивлением обнаружили, что продолжительность сна статистически достоверно (т. е. достаточно, чтобы быть научным фактом) не изменилась¹³. Полученные данные подтверждают представление о том, что механизм, отвечающий за продолжительность нашего сна, заложен глубоко в генетическом аппарате и не подвержен изменению: по крайней мере, для этого потребуются сотни, а может быть, и тысячи лет. Интересно, что результаты исследований сна детей противоречат такой теории, поскольку анализ данных за прошедшие 103 года (но это не были данные полисомнографии!) показал, что дети в настоящее время спят на 1 час меньше, чем в начале прошлого века¹⁴. Такие же данные были получены в уже упоминавшемся исследовании Иво Иглоуштайна: за 12 лет средняя продолжительность детского сна сократилась на 0,8 часа. Наиболее вероятным объяснением этого расхождения является то, что за короткое время изменился не генетический механизм потребности во сне, а лишь стиль воспитания детей в связи с возрастанием роли женщины в общественной жизни, а также с пресловутым «эффектом Эдисона» – повсеместным введением искусственного освещения, что привело к увеличению родительского досуга (при лучине или свечах ночью особенно не пободрствуешь).

А сколько же нужно спать, чтобы стать богатым? Наука, к сожалению, об этом умалчивает. Показано, что люди с низким социоэкономическим статусом спят хуже и чаще страдают от бессонницы. В интернете можно найти немало роликов «глубокого программирования» во сне «на материальное преуспевание», однако нет никакого подтверждения эффективности методики «спи и богатей». Так что для здоровья нужно не менее 7 часов сна, а сколько для богатства – увы, до сих пор неизвестно.

В заключение этой главы следует повторить основные ее положения. Большинство людей спит 7–8 часов: по-видимому, именно такое количество сна заложено природой в генах человеческого вида. Кратковременное сокращение сна не несет опасности для здоровья, но существует минимальное его количество, около 5 часов, которое необходимо для восстановления жизненно важных функций, – «ядерный сон». Такое же время необходимо получать человеку за сутки, если он хочет воспользоваться режимом полифазного сна. В длительной перспективе человеку необходимо обеспечивать себя 7–9 часами сна, чтобы иметь наивысшую производительность труда и оптимальные показатели здоровья.

2
Спят медведи и слоны. Откуда приходит сон?

Почему не спит жираф? Чем человечество обязано кошкам? Зачем нужен парадоксальный сон? Сонные хороводы дельфинов. Фрегат и агава тоже могут спать. Какой сон самый главный? Дремлет ли карась в отсутствие щуки? Жизнь малоспящих мух. Почему медуза спит, как человек?

Согласно одному из удачных определений, которое было предложено в 1993 г. отечественным биологом Владимиром Матвеевичем Ковальзоном, сон представляет собой особое генетически детерминированное состояние организма человека (и теплокровных животных, т. е. млекопитающих и птиц), характеризующееся закономерной последовательной сменой определенных полиграфических картин в виде циклов, фаз и стадий. О генетических механизмах сна мы уже говорили, скорее всего, именно они ответственны за обеспечение одной и той же продолжительности сна у человека. Показано, что в зависимости от вида животного продолжительность его сна может значительно отличаться. Раньше считалось, что больше всех спят малые бурые ночницы – самый распространенный вид летучих мышей в Северной Америке. Продолжительность их сна составляет 20 часов в сутки. В дальнейшем выяснили, что у летучих мышей существует особое состояние оцепенения – торпор, которое не является сном (раньше его принимали за удлиненный сон). Поэтому летучая мышь «покинула пьедестал» чемпиона по сну. Среди млекопитающих чемпионом по продолжительности сна, подтвержденного полиграфически (т. е. при помощи регистрации различных видов электрической активности), является сумчатая крыса опоссум, которая спит 19,4 часа в сутки. Меньше всего спят лошади – около 2,9 часа в сутки. Предполагалось, что сон жирафов еще короче; сначала даже считалось, что жирафы совсем не спят, пока польский исследователь Бернгард Гржимек не сфотографировал спящего жирафа в природной среде. Проведенные в 1996 г. швейцарской исследовательницей Ирен Тоблер наблюдения в зоопарке позволили подсчитать различные формы сна жирафа, в результате чего обнаружилось, что жирафы в среднем спят 4,6 часа, т. е. не являются рекордсменами по короткому сну, да и методами полиграфии такая продолжительность сна у них пока не подтверждена.

Неудивительно, что травоядные животные лишены возможности спать долго, ведь сон – это состояние почти полной беззащитности, чем не прочь воспользоваться многочисленные хищники. Поэтому травоядные используют минимально допустимое время для восстановления сил, при этом они «любят» спать стоя – это тоже долгое время вводило в заблуждение исследователей, которые считали, что стоя спать невозможно. В дальнейшем было показано наличие, например, у жирафов трех форм сна – сон стоя, сон лежа и полностью расслабленный сон лежа (так называемый парадоксальный сон, но о нем мы еще будем говорить). Последний вид сна является аналогом сна со сновидениями у человека, и в это время мышцы наиболее расслаблены. Наиболее беззащитно перед хищником животное именно в данный период сна. Поэтому, видимо, он и занимал ничтожную часть сна жирафа – расслабленный сон у него случался несколько раз за общее время отдыха и был представлен периодами менее 3 минут (у человека он занимает около 25 % времени сна).

Хищники могут спать дольше, опасность им не угрожает. Лев спит 13,5 часа в сутки (однако это известно только по результатам наблюдения, а не полиграфии), а наша любимая домашняя кошка отстает от него ненамного – она спит в среднем 13,2 часа (мыши, правда, спят столько же, сколько и кошки). О продолжительности сна кошек и мышей мы имеем очень четкое представление, поскольку это одни из самых распространенных лабораторных животных и на них проводилось большое количество исследований сна.

«Поведенческое» объяснение отличий продолжительности сна у разных видов животных является, конечно, слишком упрощенным. Более убедительным может стать подход, основанный на необходимости сна для восстановления сил в зависимости от массы тела животного. Тогда чем масса тела больше, тем больший запас энергии придется животному восстанавливать во время сна. Опыт показывает, что это не так. Самые большие наземные существа, слоны, как было обнаружено российским ученым Олегом Ириковичем Ляминым в 2017 г.¹⁵, спят в природных условиях, видимо, меньше всех других млекопитающих – всего 2 часа в сутки! А мышам и прочим миниатюрным грызунам требуется для сна почти столько же времени, сколько вальяжным хищникам. Так что масса тела здесь ни при чем.

Дальнейшие исследования показали, что продолжительность сна также не зависит и от размера головного мозга. У слона мозг большой, а у мыши – маленький, а больше сна требуется именно последней. Однако существует обратная зависимость между размерами животного и интенсивностью его энергетического обмена. У мыши этот обмен как раз значительно выше, чем у слона. Интенсивность энергетического обмена приблизительно можно оценить по частоте дыхательных движений, поскольку большинство химических реакций в клетках организма требует участия кислорода; чем интенсивнее они протекают, тем чаще животному нужно дышать. Слон делает 10 дыхательных движений в минуту, а мышь – 200! Известный исследователь сна Джером Сигель предполагает, что большее количество сна животным с высоким энергетическим обменом может быть необходимо для нейтрализации образующихся в процессе химических реакций активных кислородных радикалов. Эти молекулы отличаются исключительной химической активностью и с готовностью соединяются с другими «полезными» молекулами, составляющими структурный каркас клетки или участвующими в химических реакциях. При этом снижается эффективность химических реакций, необходимых для жизни клетки. По мнению Сигеля, зависимость продолжительности сна от уровня энергетического обмена животных как раз и объясняется тем, что во время сна происходит выработка белков, нейтрализующих последствия таких повреждений, например таких важных их групп, как шапероны (в буквальном переводе – «наставники»). Шапероны помогают другим белкам живой клетки восстановить их правильную укладку (так называемое третичное и четвертичное сворачивание) в случае ее нарушения. Правильная (нативная, т. е. природная) укладка белка обеспечивает его оптимальную функцию, например в качестве катализатора химических реакций¹⁶.

Таким образом, у млекопитающих продолжительность сна зависит от скорости обмена веществ, при этом кривая этой зависимости отличается в зависимости от вида питания. Хищники могут позволить себе максимально допустимое время сна, так как находятся в относительной безопасности и у них есть возможность воспользоваться всеми его выгодами, в то время как травоядные животные вынуждены использовать минимально доступное для восстановления время сна. По характеру питания выделяют еще одну группу млекопитающих – всеядные. Это люди, приматы, крысы. Кривая зависимости их продолжительности сна от основного обмена находится посередине между упомянутыми группами, как это видно на графике, в зависимости от окружающих условий они могут выбирать ту или иную стратегию сна.

Отдельно следует остановиться на роли особой формы сна животных, получившей название парадоксального сна. Он был обнаружен в 1959 г. французским исследователем Мишелем Жуве в опытах на кошках. Тогда уже было известно, что электроэнцефалограмма в состоянии сна у людей и животных существенно отличается от таковой в бодрствовании. Ученый экспериментировал с повреждением различных областей мозга животных для того, чтобы выявить центр, ответственный за возникновение сна (при его разрушении кошка должна потерять потребность в сне). Во время этих исследований он обнаружил, что во время сна у кошки периодически регистрировалось особое состояние, при котором электроэнцефалограмма была совершенно такой же, как у бодрствующего животного, в то время как поведенческие проявления бодрствования (открывание глаз, реакция на внешние раздражители) отсутствовали. Также в этот период мышцы животного становились еще более расслабленными, чем в обычном сне. Мишель Жуве назвал это состояние «парадоксальным сном», поскольку действительно было невозможно объяснить, почему на фоне такой высокой активности мозга у животного наблюдаются почти полная ареактивность и обездвиженность¹⁷. Оказалось, что у кошки доля парадоксального сна во всем сне составляет 24 % (у человека – 25 %). Мы можем регулярно наблюдать это состояние у домашних питомцев, когда у спящей кошки начинают «бегать» глаза и подрагивать усы и лапки.

При дальнейших исследованиях выяснилось, что ежесуточное количество парадоксального сна у млекопитающих зависит от двух основных факторов – степени защищенности во время сна и зрелости мозга. Соответственно, его количество оказывается минимальным у травоядных и других млекопитающих, являющихся жертвами хищников и спящих на открытой местности, таких как козы или павианы. Это связано с тем, что парадоксальному сну сопутствует полное мышечное расслабление, не дающее животному шансов на защиту или быстрое бегство. Фактор зрелости мозга также влияет на количество этой фазы сна. В наибольшей степени он представлен сразу после рождения, а затем быстро убывает по мере достижения зрелости. Хорек, рождаясь незрелым, имеет 6 часов парадоксального сна в день, в то время как морской свинке, рождающейся с полностью сформированными зубами, открытыми глазами и сразу имеющей возможность передвигаться, требуется только 1 час этого вида сна. Аналогом парадоксального сна животных для человека является фаза быстрого сна (по-другому – ФБС, быстрый сон). У новорожденного она занимает 50 % времени сна, но к возрасту 1 года его доля уменьшается до 25 % и становится такой же, как у взрослых.

Предполагают, что такое большое количество парадоксального сна у незрелых животных объясняется его ролью в формировании зрительной системы. Во время этой фазы сна глаза совершают нерегулярные движения, а при регистрации электрической активности наблюдается активация нервных путей, ведущих к зрительным отделам коры мозга. Считается, что при несовершенстве зрительного аппарата плода и новорожденного парадоксальный сон играет роль «эмулятора» зрительной деятельности. Он «вхолостую» прогоняет потоки электрических импульсов через зрительные пути, которые еще неактивны, поскольку глаз еще не может ничего видеть. При этом стимулируются нейроны первичных зрительных зон коры мозга, и волей-неволей те оказываются вынуждены образовывать связи с соседними нейронами и другими отделами мозга. Необходимость стимуляции зрительного тракта для развития этих зон была доказана экспериментально. Когда новорожденным животным на длительное время закрывали один глаз, в дальнейшем обнаруживалось, что на «неактивной» стороне зрительной коры количество нейронов уменьшалось по сравнению с «нормальной» зоной. Если же при этом животное лишалось еще и парадоксального сна, то различия между двумя этими зонами становились еще более выраженными. Возможно, что большое количество парадоксального сна при рождении необходимо для стимуляции и других сенсорных систем животных (слуховой, тактильной, внутренней рецепции). Кроме того, Мишель Жуве считал, что периодические, даже кратковременные, всплески нейронной активности, характерные для парадоксального сна, необходимы, чтобы стимулировать процессы нейронального развития у новорожденных, заложенные в их генетической программе¹⁸.

Большое количество парадоксального сна в ранние периоды жизни млекопитающих может объясняться и важной ролью, которую играет эта часть сна для запоминания новой информации, хотя до сих пор данный вопрос изучен недостаточно.

Существует особая группа млекопитающих, для которых впадение в парадоксальный сон оказалось бы смертельным, если бы природа не предусмотрела защиту от этого. Речь идет о водных видах животных. У дельфинов и других зубатых китов парадоксальный сон, похоже, отсутствует вовсе. Неудивительно – ведь при полном отключении поперечно-полосатых мышц (кроме дыхательных!) они бы просто утонули, не имея возможности всплыть и вдохнуть воздух. Однако даже «обычный» сон для дельфинов опасен, поскольку они должны подниматься на поверхность для вдоха по крайней мере один раз в несколько минут, а для этого им необходимо сохранять достаточную мышечную силу и ориентацию во внешней среде. Каким же образом дельфины реализуют свою потребность во сне?

В 1970-х гг. группа российских ученых под руководством Льва Мухарамовича Мухаметова в опытах на черноморской базе впервые в мире смогла ответить на этот вопрос. Оказалось, что мозг дельфинов спит, но лишь наполовину: в то время, когда в одном полушарии регистрируется электрическая активность, характерная для сна, другое продолжает бодрствовать и обеспечивает нормальное всплытие для вдоха (это так называемый однополушарный сон). При этом глаз, который оказывается с противоположной от «спящего» полушария стороны, часто тоже закрывается, а сам дельфин-афалина во время сна либо «зависает» на поверхности воды, либо описывает круги по или против часовой стрелки¹⁹. По наблюдению в бассейне мелкие дельфины-азовки никогда не останавливаются для сна. Однополушарный сон был описан группой Мухаметова и у других видов зубатых китов, к которым относятся дельфины, например у белух.

Полученные российскими учеными в опытах с дельфинами данные были первыми свидетельствами существования локального сна – возможности мозга переходить в состояние сна не целиком, а частично, в данном случае – одним из полушарий. Тема локального сна в настоящее время очень популярна в научном сообществе – ведь таким образом можно сэкономить время, отведенное на сон. С медицинской точки зрения локальным пробуждением отдельных зон мозга объясняется возникновение такого феномена, как снохождение. Другой отечественный ученый, Иван Николаевич Пигарев, также оказался одним из первых среди исследователей феномена локального сна. В 1997 г. в опытах на обезьянах он обнаружил, что у этих животных проявления сна могут развиваться асинхронно (неодновременно) в пределах одного и того же полушария.

Существует еще одна группа млекопитающих, имеющая особые отношения с состоянием сна. Это так называемые ластоногие – полуводные млекопитающие, которые эволюционно сначала «вышли из воды», затем вернулись в нее (как это сделали дельфины), но не окончательно, сохранив способность выходить на сушу для отдыха и размножения. Сон ушастых тюленей (к которым относятся морские котики, морские львы, сивучи) подстраивается под условия места, где они находятся. При пребывании на суше (на лежбище) эти животные спят, как и другие млекопитающие, с чередованием обычного двуполушарного медленноволнового и парадоксального сна. Их образ жизни таков, что в определенное время года они уплывают далеко в океан вслед за косяками рыбы, которой питаются, и вынуждены в течение нескольких месяцев спать в воде. При нахождении в воде структура сна ушастых тюленей коренным образом меняется – они начинают спать, как дельфины, однополушарным медленным сном. В бассейне котики во сне плавают по кругу в характерной позе на одном боку и «подрабатывают» ластой на стороне спящего полушария. Периоды парадоксального сна при этом редуцируются до секундных значений (почти исчезают). При возвращении на сушу выраженной «отдачи» (резкого увеличения количества сна после временного его ограничения) парадоксального сна не наблюдается. Это означает, что при пребывании в воде потребность в парадоксальном сне действительно исчезает!

Другая группа ластоногих – настоящие тюлени – в ходе эволюции пришла к иному способу «отоспаться» в воде. Эти животные обладают способностью задерживать дыхание на более длительный период (десятки минут), чем их ушастые собратья. Сделав серию выдохов-вдохов, они погружаются в толщу воды (обладая нулевой плавучестью) или ложатся на дно, и там у них в течение примерно получаса проходит полный цикл сна, после чего они пробуждаются и всплывают для новой серии дыхательных движений, затем вновь заныривают и демонстрируют новый цикл сна. Межполушарной асимметрии ЭЭГ у них никогда не наблюдается, а парадоксальный сон хорошо выражен.

Сон птиц на земле существенно не отличается от сна млекопитающих. Мозг птиц устроен иначе, чем у млекопитающих: у него нет складок, толщина мозговой коры также значительно меньше. Интересно, что интеллектуальные способности птиц определяются вовсе не развитием коры мозга, а подкорковыми структурами, так называемым гиперстриатумом. Это тоже серое вещество (т. е. тела нейронов), но находящееся в глубине мозга, а не на поверхности, как кора больших полушарий. Состояние сна у птиц представлено, как и у млекопитающих, двумя фазами – медленноволнового (с характерными медленными волнами на электроэнцефалограмме, его еще упрощенно называют медленным) и парадоксального сна. Сон птиц очень фрагментирован – они спят «урывками» по 1–4 минуты и часто просыпаются. При этом если для млекопитающих локальный однополушарный сон является исключением, то для многих видов птиц это нормальное состояние, зависящее от степени безопасности окружающей среды. Находясь в стае и будучи окруженными другими птицами, утки спят обоими полушариями и имеют закономерное чередование медленноволнового и парадоксального сна. Оба глаза при этом у них закрыты. Если птица оказывается на краю стаи, наступает время для однополушарного сна. При этом глаз, наблюдающий за пределами стаи, остается открытым, а противоположное полушарие продолжает бодрствовать. Когда обстоятельства меняются, например птица поворачивается в другую сторону, она закрывает тот глаз, который был открыт, открывает другой и начинает спать другим полушарием²⁰.

Виды птиц имеют различную продолжительность сна, которая, в отличие от млекопитающих, не определяется размерами или интенсивностью обмена веществ. Гуси спят 6,5 часа в сутки, куры – 12 часов, а голуби – 10,5 часа. Единственным фактором, влияющим на продолжительность сна у птиц, признана степень безопасности обитания: в опасных условиях количество сна и его глубина резко снижаются. Выяснилось, что сну птиц присуща еще одна особая функция – он отвечает за импринтинг (запечатление). Это бессознательный процесс, благодаря которому только что родившийся цыпленок определяет своего родителя (лучше, чтобы это оказалась птица его вида, а не собака или сапог хозяина). Показано, что для успешного импринтинга цыпленок должен проспать не менее 9 часов, и такое запоминание обеспечивается не структурами гиппокампа, как у млекопитающих. Другой особенностью работы памяти птиц является запоминание видоспецифичных форм пения, которое также оказалось зависящим от сна, но в неожиданную сторону: сон приводит к забыванию заученных днем трелей; это справедливо, по крайней мере, для начального этапа обучения. Проводятся ассоциации с «незрелым» мозгом человеческих детей – у них сон также часто сопровождается потерей приобретенных днем навыков!

Птицы в полете тоже нуждаются в сне, но могут его ограничивать в значительной степени. Такое семейство, как фрегатовые, известно своим размахом крыльев (до 2,3 метра), горловым мешком (они являются родственниками пеликанов) и приверженностью к летучему образу жизни – большую часть жизни они проводят в полете. Пролетая до 3000 километров за 10 дней над океаном без посадки (фрегаты не могут плавать и взлетать с поверхности воды), эти птицы приучились спать короткими эпизодами на лету, в парении, когда их тело поддерживается восходящими потоками воздуха. При этом медленноволновой сон у фрегатов может отмечаться как в одном полушарии, так и в обоих. Во время коротких эпизодов однополушарного медленноволнового сна у них также наблюдается открывание противоположного глаза и движение в его сторону (птица описывает дугу, вогнутым краем обращенную в сторону видящего глаза). Суммарное время сна в полете у фрегатов составляет только около 40 минут в сутки, в то время как при нахождении на суше, в гнезде, они спят по 12–13 часов. В периоды парения у них были обнаружены также признаки парадоксального сна в виде ультракоротких отрезков (менее 5 секунд каждый).

Птицы имеют общих предков с динозаврами, вымершими 70 млн лет назад. Про сон ископаемых динозавров мы узнать ничего не можем, но сон их ныне живущих родственников, современных рептилий (пресмыкающихся) – черепах, крокодилов, змей и ящериц, совсем не похож на сон млекопитающих и птиц. В отношении того, можно ли назвать сном периодически возникающее состояние покоя рептилий и других холоднокровных позвоночных, а также беспозвоночных животных, среди ученых существуют две противоположные точки зрения. Согласно воззрениям одной группы биологов (см. определение сна, приведенное в начале главы 2), состояние сна может иметь место только у теплокровных животных. При сохранении нормальной температуры тела в состоянии покоя их организм, в особенности головной мозг, может продолжать работать, причем совершенно иначе, чем при бодрствовании. У более низкоорганизованных холоднокровных животных имеются состояния только активности и покоя. Состояние покоя холоднокровных похоже на сон, но таковым не является, поскольку принципиальной перестройки работы мозга при этом не происходит, просто все нервные процессы при понижении температуры тела затормаживаются.

Другая группа ученых, включая представителей школы Иды Гавриловны Кармановой из Санкт-Петербурга, считает, что сон свойственен всем позвоночным животным, поскольку у них можно обнаружить регулярное, не зависящее от изменений окружающей среды, впадение в это состояние, а также характерный для сна млекопитающих феномен отдачи. Этот эффект заключается в том, что если животное в течение длительного времени лишается сна, а затем сон ему позволяется, то его количество резко возрастает. В быту мы с вами регулярно отмечаем явление отдачи сна, когда отсыпаемся в выходные после напряженной трудовой недели. Ящерицы делают так же, поэтому их сон «настоящий». Более того, в 2016 г. группа исследователей из немецкого Института Макса Планка показала наличие чередования фаз сна (медленноволнового и парадоксального) у австралийской ящерицы бородатая агава (Pogona vitticeps). У этой ящерицы был зарегистрирован характерный для парадоксального сна тета-ритм ЭЭГ (волны частотой 5–10 Гц), а также быстрые движения глаз во время этого периода²¹. Всего ящерицы этого вида спят 6–10 часов в сутки – прямо как люди!¹

Кроме сна у ящериц и других рептилий имеются особые состояния покоя, возникающие преимущественно в дневное время (состояния покой-1 и покой-2, по И. Г. Кармановой). При этом животное сидит неподвижно, его мышцы сохраняют восковую гибкость, при которой конечности можно устойчиво фиксировать в различных позах (покой-1). Это состояние называется каталепсией. У людей оно может возникать при некоторых формах шизофрении. В состоянии покоя-2 неподвижность рептилии обеспечивается другим механизмом – повышением мышечного тонуса по типу кататонии, при котором мышцы постоянно напряжены и изменить позу животного не удается. У больных шизофренией может возникать и такое состояние. Мы видим, что более древние формы животных имеют, кроме сна, несколько дополнительных состояний покоя. У них эволюция еще не выбрала, какому состоянию отдать предпочтение для наилучшего восстановления организма².

Наличие «настоящего» сна с чередованием медленноволновой и парадоксальной фаз пока показано только для одного вида ящериц. Для других рептилий, например крокодилов, живших одновременно с динозаврами, было зарегистрировано изменение электроэнцефалограммы в состоянии, похожем на сон, когда они лежат неподвижно с закрытыми глазами. В одном из сообщений (2015) говорилось о том, что ученым удалось обнаружить у крокодилов однополушарный сон, подобный сну птиц. Некоторые периоды времени крокодилы находятся в неподвижности, сохраняя один глаз открытым, при этом реагируют на приближающегося человека (т. е. зрительная зона мозга у них не спит)²².

Таким образом, по мере накопления данных о сне различных видов животных формируется представление о том, что сон, не охвативший весь мозг, локальный, не является такой уж уникальной особенностью жизни в особой среде обитания (в воде, как у дельфинов, или в воздухе, как у фрегатов), а представляет собой допустимый способ восстановления даже в обычных условиях.

Сон другого представителя отряда рептилий – черепах – изучен очень неплохо (черепахе трудно убежать от ученого). Проведенные исследования показали наличие у них признаков сна как такового (неподвижность, замедление обмена веществ, реакция на лишение сна).

Для чего же ученым приходится тратить столько усилий и денег, чтобы изучать сон различных животных, не похожих на человека, – млекопитающих, птиц и рептилий? Одной из главных целей такой работы является определение происхождения и назначения различных фаз сна. Ученые задаются вопросом, какая фаза «главнее» и важнее для организма – медленноволновой или парадоксальный сон? Для ответа на этот вопрос используется эволюционный подход – мы как бы опускаемся по эволюционной лестнице все ниже и ниже для того, чтобы проследить, какая из двух фаз сна в итоге останется у самых первых живых существ. Да и вообще неплохо было бы узнать, какое из них могло совсем обходиться без сна и что последующее поколение живых существ приобрело особенного, потребовавшего появления сна как такового (мозг, способность реагировать на изменение освещенности или что-то другое)? Такой подход к изучению цикла сон-бодрствование (это не просто изучение сна, ведь, например, у рептилий есть и другие сноподобные состояния) называют эволюционным. В нашей стране его использовали многие известные неврологи и психиатры (С. Н. Давиденков, М. Б. Кроль, М. И. Аствацатуров), рассматривая поведение больных при некоторых заболеваниях, например шизофрении, как проявление в человеке более древних, сформировавшихся раньше, в процессе эволюции, паттернов реагирования (к примеру, феномен кататонии, характерной для рептилий, у больных шизофренией). Эволюционный подход к изучению сна в нашей стране использовался группой исследователей из Санкт-Петербурга под руководством И. Г. Кармановой и Г. А. Оганесяна.

Одни ученые высказывали предположение, что раньше всего в эволюционной цепочке зародился парадоксальный сон, поскольку центры, его обеспечивающие, находятся в самых древних, появившихся первыми, отделах мозга – в стволе (область, которая опускается от полушарий вниз и затем переходит в спинной мозг). В стволе мозга также сосредоточены главные центры, управляющие жизненными функциями человека и животного, – дыхательный и сосудодвигательный. Когда наступает парадоксальный сон, млекопитающие, в том числе и человек, ведут себя как рептилии – они становятся «холоднокровными», поскольку температура тела в этот период сна начинает следовать за изменением температуры окружающей среды (в обычных условиях внутренняя температура тела млекопитающих может изменяться в очень узких пределах – не более 1° С в течение суток). В качестве доказательства древности парадоксального сна приводятся данные о том, что в наибольшей степени эта фаза представлена у новорожденных существ и продолжительность ее определяется степенью зрелости плода: у животных, рождающихся несформированными, его количество больше. Эти представления наиболее часто связывают с именами итальянских исследователей научной группы Элио Лугарези.

Другая группа ученых считает, что медленноволновой сон важнее. У человека эта фаза занимает бо́льшую часть всего сна – 75 %, медленноволновой сон всегда предшествует парадоксальному. Парадоксальный сон исчезает полностью или почти полностью на длительное время, когда животное попадает в экстремальные условия (например, при длительных перелетах у птиц). В медицинской литературе описаны документированные случаи полного отсутствия этой фазы сна у нескольких человек, при этом проблем в повседневной жизни они не испытывали. Кроме того, известно, что у больных депрессией, которые получают антидепрессанты, ежесуточное количество парадоксального сна резко снижается, но самочувствие на фоне лечения, наоборот, улучшается. Эти исследователи предполагают, что раз без парадоксального сна обойтись можно, а его место всегда занимает медленноволновой, то второй и является наиболее важным и эволюционно более древним. Такая точка зрения подтверждается и результатами недавних исследований, призванных идентифицировать гены, участвующие в организации этих фаз сна (медленноволновой и парадоксальной). Было выявлено, что у мышей мутация гена соль-индуцированной киназы 3-го типа (SIK3) сопровождается изменением количества медленноволновой, но не парадоксальной фазы сна²³. Эти гены ранее были обнаружены у мух (дрозофил) и у круглых червей. Таким образом, был сделан вывод о том, что наличие медленноволнового сна зависит от гена, появившегося в самом начале эволюционной цепочки миллионы лет назад.

Согласно теории, примиряющей обе точки зрения, организму животного одинаково нужны и медленноволновой, и парадоксальный сон, поэтому в процессе эволюции они развивались параллельно – быстрый сон произошел либо из разных форм покоя рептилий, как считала И. Г. Карманова, либо из некоторых состояний «примитивного» бодрствования, как считал еще М. Жуве. В соответствии с этой гипотезой состояния бодрствования и медленного сна появляются в эволюции одновременно с возникновением теплокровности, а быстрый сон представляет собой результат эволюционной трансформации примитивного бодрствования холоднокровных животных²⁴.

Рыбы и насекомые появились раньше рептилий – наблюдаются ли признаки сна у них? Что происходит, когда мы подходим утром к аквариуму, в котором на месте «стоит» стайка рыбок, смещаясь в одном направлении? Мы включаем свет, и рыбы начинают хаотичное целенаправленное движение, связанное с поиском корма. Спали ли эти рыбки, пока мы к ним не подошли?

Благодатным материалом для экспериментаторов оказалась аквариумная рыбка-зебра (Danio rerio), или дамский чулок. Эта прозрачная рыбка быстро развивается – эмбрион проходит стадии от яйца до малька всего за 3 дня. Мозг ее в области ствола весьма похож на мозг млекопитающих, а многие гены, кодирующие важные для сна белки, такие же, как и у млекопитающих. Рыбка-зебра стала первым домашним животным, генетически модифицированным генами биолюминесценции в 2003 г. (чтобы можно было наблюдать активность нужных генов у живых особей). Российской исследовательницей Ириной Валерьевной Ждановой в 2011 г. у этой рыбки были обнаружены признаки поведенческого сна, соответствующие критериям сна живых существ²⁵. Путем генетической модификации рыбок удалось выявить, что их функциональное состояние зависит от активности гистаминовых рецепторов. Известно, что гистамин является медиатором, поддерживающим бодрствование у млекопитающих. Рыбки, у которых неэффективно работал ген гистидин-декарбоксилазы (белка, который катализирует выработку гистамина), спали больше, так как у них «выключалась» одна из важных систем, поддерживающих уровень бодрствования, – гистаминовая. При этом антигистаминные препараты, которые у человека используются для лечения аллергии и вызывают сонливость, у рыбки-зебры также увеличивали количество сна. В другом исследовании было показано, что изменения сна в зависимости от возраста у этой рыбки такие же, как у человека: чем старше она становится, тем меньше сна требуется, а качество его, наоборот, ухудшается, как у пожилых людей. Окончательно подтвердить наличие сна у рыб можно было бы регистрацией электрической активности их мозга, однако пока таких исследований проведено не было, поскольку в водной среде не удается уверенно зарегистрировать электрический сигнал. В 2015 г. группа ученых из Исландии попыталась определить, случаются ли у рыбки-зебры быстрые движения глаз во время сна. Это позволило бы подтвердить предположение, что и у рыб присутствует парадоксальный сон. Однако исследователи не нашли признаков быстрых движений глаз, так что вопрос о наличии у рыб парадоксального сна остается открытым²⁶.

У земноводных (амфибий), таких как лягушки или тритоны, которые являются эволюционно более молодыми животными, чем рептилии, наличие сна было задокументировано как на основании наблюдений за поведением, так и при записи электроэнцефалограммы (обнаруживались такие же волны, как при медленноволновом сне). При этом, как и у рептилий, у лягушек, в дополнение к ночному сну, в дневное время наблюдаются еще два состояния покоя – с восковой гибкостью и ригидностью мышц. В одном из исследований на ЭЭГ у лягушки была зафиксирована картина, похожая на парадоксальный сон, однако после 1979 г. эти данные подтверждены не были²⁷.

Судя по всему, «главным сном» все же является медленноволновой, а парадоксальный сон в эволюционной цепочке появился тогда, когда первые живые существа начали приспосабливаться к сухопутным условиям. Они получили возможность спать более «комфортно», при этом часть времени бодрствования рыб (или амфибий) переместилась в область сна и заняла там небольшую зону (3–25 % в зависимости от вида животного). Сходство этой зоны с бодрствованием и определяет «парадоксальность» этой фазы сна – высокую активность мозга при отключении реакции на внешние раздражители. Функцией этой части сна, по мнению М. Жуве, является считывание генетических программ врожденного поведения и приведение их в соответствие с приобретаемым опытом. Для только что родившейся особи это очень важно, поскольку своего опыта она не имеет и должна довольствоваться памятью предков. По мере взросления эта часть памяти уже не требуется, животное обогащается собственным опытом и получает возможность обходиться почти совсем без парадоксального сна, как, например, люди, принимающие антидепрессанты.

Мозг насекомых устроен значительно проще мозга рыб и амфибий. У любимейшей (даже больше, чем рыбка-зебра) модели генетиков – плодовой мушки дрозофилы (Drosophila melanogaster) мозг состоит из 100 000 нейронов (у человека – из 86 млрд), разделенных на 43 субъединицы. Эти субъединицы по назначению можно разбить на пять функциональных модулей. Четыре из них соответствуют центрам обработки информации: обонятельный, звуковой или механосенсорный, два зрительных модуля по одному в каждом полушарии. Соответствие зон мозга у дрозофилы и человека отсутствует, однако из 14 000 генов дрозофилы многие аналогичны таковым в человеческом геноме как по структуре, так и по функции. Около 61 % известных человеческих генетических заболеваний имеют аналоги в генетическом коде дрозофилы. В настоящее время полностью прочитаны геномы 23 линий этих мушек. У дрозофилы всего 4 пары хромосом (у человека – 23), что вместе с большой плодовитостью этого животного (период развития от яйца до взрослой особи занимает 10 дней) и обусловило такой интерес к ней генетиков.

Сконструированы системы автоматического мониторинга сна дрозофил, которые оценивают их активность в прозрачном сосуде около источника пищи при помощи инфракрасного излучателя и приемника. Когда мушка находится около источника пищи, но не ест, а сидит, сложив крылышки, такое положение соответствует поведенческому сну. Состояние сна плодовой мушки регулируется четко работающим молекулярным механизмом, гены которого определены; соответственно, включение или выключение определенных генов позволяет выяснить их роль в организации сна, в том числе и у человека. Показано, что нарушение сна у дрозофилы приводит к ухудшению ее умственных способностей (как еще назвать то, что мушки, вместо того чтобы стремиться к свету, как другие насекомые, выбирают темный туннель в том случае, если в нем лежит кусочек сахара?) и сокращению продолжительности жизни. «Малоспящие» мухи живут меньше. В 2002 г. была впервые зарегистрирована электроэнцефалограмма дрозофилы (точнее – локальные потенциалы определенных зон мозга, так называемых грибовидных тел, связанных с организацией движений) и было показано, что эти сигналы существенно отличаются в состоянии сна и бодрствования²⁸.

У тараканов время сна характеризуется неподвижностью, опущенными антеннами и ухудшением реакции на внешние стимулы. Так же, как и у других животных, продолжительность этого состояния изменяется после периода лишения сна и зависит от введенных фармакологических средств.

Долгое время считалось, что самым примитивным из организмов, у которых обнаружены изменения активности, похожие на сон, является маленький (длиной 1 мм) круглый червь (нематода) Caenorhabditis elegans. Этот червячок стал первым многоклеточным организмом, геном которого был полностью секвенирован в 2002 г. Он состоит из 20 000 генов, почти как у дрозофилы. Нематода обладает одной из самых простых нервных систем. Взрослая гермафродитная особь состоит из 959 клеток и имеет всего 302 нейрона, связи между которыми полностью описаны. Поэтому Caenorhabditis elegans является удобной моделью для изучения механизмов, посредством которых нервная система участвует в управлении функциями организма. У этих червей обнаружено периодически возникающее состояние относительной неподвижности и пониженной реакции на внешние стимулы, называемое летаргусом (lethargus). Оно возникает перед каждой линькой личинки червя (всего их происходит четыре), что подразумевает участие сноподобных состояний в процессе развития особи, по меньшей мере, физического (а не нервной системы, которая остается такой же). Летаргус возникает с периодичностью 10–16 часов и продолжается 2–4 часа. Если нарушить процесс одного летаргуса, то последующий за ним удлинится, как это бывает при эффекте отдачи сна. Показано, что на периоды летаргуса оказывают действие модификации генов PER и LIN-42, которые отвечают за линьку, т. е. этот процесс не связан с суточным чередованием освещенности. Сноподобное состояние летаргуса наблюдается только у личинки; после того как червь превращается во взрослую особь, он начинает реагировать на суточный ритм освещенности и на степень пищевого насыщения²⁹.

Совсем недавно, в 2017 г., группе американских биологов из Калифорнийского технологического института в Пасадене удалось показать, что состояние сна присутствует и у медуз³⁰. Разработанная учеными система автоматического распознавания активности позволила зарегистрировать изменение частоты пульсации медузы Кассиопея (перевернутой медузы) в течение суток. В ночное время пульсации этой медузы значительно редели, снижалась и реакция на внешние стимулы. При лишении медузы этого состояния покоя на последующий день ее активность и реакция на внешние стимулы снижались так же, как это бывает у животных и людей, лишенных сна.

Итак, сноподобные состояния появились у живых существ миллионы лет назад. По-видимому, они были необходимы для обеспечения процессов физического восстановления и роста. С развитием головного мозга сон стал играть роль еще и в обучении, приспособлении к условиям внешней среды, которые не соответствовали врожденным формам поведения. Это привело к разделению сна на две части – основную, древнюю, медленноволновую и более новую, являющуюся «осколком» бодрствования, парадоксальную. Продолжительность сна определяется не установленным пока генетическим механизмом и зависит от вида животного, интенсивности его обмена веществ и способа питания.

3
Теории сна. Зачем терять время на сон?

Сон и пища. Щенячьи ласки. Крысы на карусели. Думает ли мозг во сне о кишечнике? Мусоровоз мозга. «Десятиминутки силы». Аккумулятор сна. Восстанавливаются ли нервные клетки? Спать, чтобы помнить, или спать, чтобы забывать? Сон и картография

Без сна живому существу долго обойтись нельзя, и даже самые древние животные имеют состояния, аналогичные сну. Что же происходит в это время такого, что требует переключения в особый режим, когда животное оказывается совершенно беззащитным перед нападением хищника, а человек теряет массу времени, которое он мог бы употребить на создание гениальных произведений искусства, как, по преданию, это делал Леонардо да Винчи?

Попытки ответить на вопрос о назначении сна предпринимались начиная с возникновения научного взгляда на мир. Величайший мыслитель Древнего мира Аристотель занимался вопросами назначения сна и сновидений и описал результаты применения своего философского метода в трех работах, посвященных этому вопросу: «О сновидениях», «О сне и бодрствовании» и «О гадании по снам», которые входят в корпус психологических трактатов с общим названием Parva naturalia³¹ (короткие трактаты о природе). «Все животные спят, обитают ли они в воде, воздухе или на земле, поскольку сон наблюдается и у разных рыб, и у моллюсков, и у всех иных, кто имеет глаза», – писал Аристотель³². По мнению философа, возникновение сна связано с питанием, так как воздействие пищи на рост происходит более в состоянии сна, чем в состоянии бодрствования. Еда приходит извне в предназначенные для нее помещения – желудок и кишки. Это первое правильное указание на путь, который проходит пища. Там происходят изменения – хорошее попадает в кровь, плохое изгоняется, но также определенного рода субстанции путем испарения переходят в кровь. Эти вещества поступают в центр тела – к сердцу, первоисточнику жизни. От испарений, происходящих из пищи, и возникает, по мнению Аристотеля, сон. Испаряемое вещество есть теплота, поэтому оно стремится вверх, точно так же как теплый воздух всегда поднимается кверху, затем поворачивает и попадает вниз. Поэтому еда и питье, особенно же вино, содержащее много теплых веществ, действуют усыпляюще. Так Аристотель впервые предположил, что сон возникает в связи с действием неких веществ, которые приходят вместе с пищей, а важным назначением сна является ее усвоение. Такое предположение, конечно, не ответило на вопрос, почему спят даже голодные люди или животные, причем спят ежедневно через практически равные промежутки времени.

Философский метод не подошел для того, чтобы объяснить природу сна: возникла необходимость проводить научные эксперименты. И наиболее логичным стал подход через лишение сна – ведь, чтобы понять, насколько нам что-то нужно, этого следует сначала лишиться. Или лишить кого-то другого. Опыты с лишением сна называют депривацией (с латинского буквально так и переводится – «лишение»). Первые в мире исследования такого рода были проведены Марией Михайловной Манасеиной. Она была врачом и выдающимся ученым своего времени – занималась проблемами алкогольного брожения, воспитания детей и гигиены. В 1892 г. Мария Михайловна написала книгу, посвященную вопросам сна, – «Сон как треть жизни человека, или Физиология, патология, гигиена и психология сна»³³. Она провела самые первые опыты по лишению сна животных – эксперименты были выполнены на 10 щенках 2–4-месячного возраста, которых поддерживали в состоянии постоянного бодрствования, лаская и заставляя непрерывно двигаться. Это привело к гибели всех животных в течение пяти суток, причем чем моложе был щенок, тем быстрее наступала смерть. Обследование мозга погибших собак обнаружило значительные изменения – кровоизлияния, разрушение сосудов, дегенерацию мозговой ткани. Сравнив эти данные с картиной мозга собак, погибших от голода, Мария Михайловна сделала вывод, что сон для организма важнее пищи, а причиной гибели животных назвала «нарастающее утомление». Она предположила, что главным назначением сна является восстановление деятельности мозга, поскольку именно в этом органе отмечались наибольшие повреждения в результате нехватки сна³⁴. После публикации работы в итальянском научном бюллетене долгое время считалось, что опыты проводил какой-то француз de Manacéïne или немец von Manassein, и только в XX в. благодаря усилиям В. М. Ковальзона правда о личности забытого основателя отечественной сомнологии восторжествовала.

Работа Манасеиной повлияла на формирование методики депривации сна – ее повторили другие ученые, добравшиеся, наконец, и до человека. Значение исследований Марии Манасеиной признается в мире, несмотря на то что выполненные на современном уровне опыты по лишению животных сна опровергли первоначально сделанные Марией Михайловной выводы. В настоящее время установлено, что столь выраженные изменения мозговой ткани животных были следствием не столько лишения сна, сколько воздействия стресса, когда животных сутками заставляли находиться в неестественных условиях.

Щадящий подход к лишению животных сна был реализован значительно позднее в лаборатории американского исследователя Алана Рехтшаффена в 1983 г. и получил название «карусель Рехтшаффена». В рамках этого опыта в установку помещались две крысы. Когда одна из них засыпала, диск, снабженный вертикальной неподвижной перегородкой, начинал медленно вращаться, и от столкновения с перегородкой спящая крыса сбрасывалась в воду, от чего тут же просыпалась. Вторая крыса жила одновременно на том же диске, в тех же условиях, но в воду не падала – таким образом, она служила «спаренным контролем», поскольку испытывала те же воздействия, кроме лишения сна. Сравнивая продолжительность и структуру сна у обоих животных, можно было точно определить последствия лишения сна в чистом виде. Одни и те же несильные физические воздействия применялись и к депривируемой, и к спаренной контрольной крысам. Разница заключалась лишь в том, что у депривируемой крысы механические воздействия были строго приурочены к моменту наступления сна. У спаренного же животного такие воздействия оказывались квазислучайно распределенными во времени. Поэтому спаренная крыса могла отсыпаться в те периоды, когда депривируемое животное проявляло поведенческую активность и диск оставался неподвижен.

В результате пребывания на карусельном диске был выявлен разительный контраст между депривированными и спаренными животными. У спаренных животных суточная представленность сна во время депривации была снижена примерно на 30 %. Никаких нарушений внешнего вида, поведения, обмена веществ, а также со стороны внутренних органов (по результатам вскрытия) не отмечалось. Круглосуточная, почти полная депривация всего сна примерно через три недели (от 11 до 32 дней у разных животных) приводила к неизбежной смерти подопытного. При этом состояние погибшей крысы описывалось набором специфических признаков. Прежде всего по ходу эксперимента начинала уменьшаться масса тела на фоне увеличенного потребления пищи, что, безусловно, свидетельствовало о резком снижении эффективности пищеварения. Животные приобретали истощенный вид, на коже их лап и хвоста появлялись многочисленные изъязвления. В какой-то момент происходило повышение, а затем выраженное снижение внутрибрюшинной температуры тела. В конечном итоге резко изменялась электроэнцефалограмма – она становилась совершенно плоской, т. е. активность нейронов была минимальной. После этого животные больше не засыпали и примерно через сутки погибали. Вскрытие погибших животных выявило многочисленные язвы всего желудочно-кишечного тракта.

Проведя исследования депривации сна на вращающемся диске, ученые не смогли подтвердить результаты опытов М. М. Манасеиной – у крыс, которые в результате этих опытов погибали, изменения в мозге были минимальными: «Наверное, единственным органом, в котором не было обнаружено видных невооруженным глазом отклонений от нормы, был мозг»³⁵, – пишут исследователи³. В то же время отмечалось значительное поражение внутренних органов. Это наталкивает на мысль, что состояние сна исключительно важно, прежде всего, для обеспечения деятельности внутренних органов, а не головного мозга. Причиной гибели животных в данном случае называли развитие окислительного стресса во внутренних органах. При этом химическом процессе внутри клетки образуются высокоактивные молекулы, которые стремятся вступить во взаимодействие «со всем подряд», мешая, таким образом, протеканию естественных, необходимых для жизни реакций, или же, соединяясь с молекулами клеточной стенки, нарушают ее целостность, что приводит к гибели клетки. Экспериментально возникновение окислительного стресса из-за нехватки сна было показано в 2008 г. на клетках печени³⁶. Авторы исследования сделали вывод, что снижение в клетках печени уровня фосфолипида, важнейшего компонента клеточных мембран, происходит из-за специфического влияния утраты сна, а не из-за ослабления физической активности или ограничения питательных факторов. По мнению российского ученого Ивана Николаевича Пигарева, результаты экспериментов лаборатории А. Рехтшаффена и его последователей поставили под сомнение доминирующее представление о том, что сон необходим для обеспечения высших интеллектуальных функций, памяти, сознания. «Стало очевидно, что основное назначение сна – это в первую очередь обеспечение нормального функционирования висцеральных систем организма»³⁷.

Иван Николаевич развивает оригинальную концепцию, которая получила название «висцеральная теория сна». В 1994 г., «почти случайно» (слова Пигарева), при исследовании деятельности первичной зрительной коры у кошки он обнаружил, что, когда кошка засыпала, нейроны изучаемой области мозга продолжали работать, несмотря на то что видеть во время сна животное ничего не могло, поскольку его глаза были закрыты³⁸ («первичной» зрительная кора называется потому, что непосредственно получает сигнал от зрительного анализатора). Профессор Пигарев предположил, что во время сна происходит переключение путей поступления сигнала: мозг начинает обрабатывать сигналы, которые поступают не извне (поскольку сон как раз и характеризуется снижением возможности реагировать на внешние раздражители), а изнутри – поток информации во сне идет из внутренних органов. При этом те области мозга, которые в бодрствовании занимаются обработкой сигналов, приходящих из внешнего мира, во сне, «чтобы не простаивать», начинают обрабатывать информацию от сердца, кишечника, печени и других органов, выполняя, по-видимому, какую-то важную восстановительную функцию. С точки зрения И. Н. Пигарева, мозг – это своего рода процессор, которому все равно, какого рода информацию обрабатывать, а состояние сна, по крайней мере медленноволнового, позволяет перевести этот «переключатель» в положение, когда информация начинает поступать в мозг преимущественно со стороны внутренних органов.

Для читателей, не знакомых с анатомией человеческого организма, следует объяснить, что информацию о состоянии наших органов мы получаем постоянно от рецепторов, расположенных в их толще. В бодрствовании эта информация, конечно, доступна нашему мозгу, хотя может не осознаваться, если порог возбудимости соответствующих зон, так называемых корковых отделов анализатора, не превышается. На сознательном уровне информация от рецепторов начинает восприниматься лишь при возникновении неполадок в организме. Например, если у человека болит в правом боку, это может означать, что на фоне воспаления желчного пузыря выделяющиеся химические вещества раздражают болевые рецепторы в стенке пузыря и капсуле печени, и эта информация через чувствительные нервы (в данном случае через правый диафрагмальный нерв) передается в спинной, а затем в головной мозг, где и формируется ощущение боли в определенном месте. Во время сна ощущение боли подавляется, поскольку на одной из «релейных станций», где переходит переключение восходящего потока возбуждения с одного нейрона на другой, – это место называется таламусом, зрительным бугром, – оно затрудняется из-за помех со стороны других нейронов, начинающих активно работать во сне (нейроны ретикулярного ядра таламуса).

По версии И. Н. Пигарева, во время сна мозг переходит на обработку не той информации, которая поступает в него по обычным чувствительным нервам (поток этой информации во сне блокируется), но той, которая направляется через вегетативные нервы; для печени – это нервы симпатического сплетения и правый парасимпатический нерв. По классическим представлениям, через симпатические нервы передаются стимулы, активирующие деятельность внутренних органов, «реакцию стресса». Этим путем достигается ускорение сердечного ритма, расширение дыхательных путей, увеличение потоотделения и т. д. Парасимпатические нервы отвечают за передачу импульсов, «тормозящих» деятельность внутренних органов, что способствует их восстановлению, росту, накоплению энергии. Сон раньше даже называли «царством вагуса» (по названию блуждающего нерва, содержащего парасимпатические волокна), поскольку в это время наиболее выражены процессы, обеспечивающиеся парасимпатическим отделом нервной системы.

Однако известно, что вместе с эфферентными, т. е. идущими от мозга к телу, путями в симпатических и парасимпатических нервах проходят и чувствительные волокна, по-видимому обеспечивающие «обратную связь». Например, 80 % чувствительных нервов толстого кишечника несут информацию в мозг именно в составе блуждающего нерва. Высказывается предположение, что во сне пути, обеспечивающие передачу информации именно по вегетативным нервам, не блокируются и наш мозг в отсутствие внешних раздражителей использует их, чтобы «тонко настроить» деятельность внутреннего органа, подготовить его к последующей активности бодрствования. Отражением этой подготовительной работы и могут служить сигналы, зафиксированные в «неподобающих» (тех, которые, по современным представлениям, не должны активироваться во сне) областях мозга.