Сон — это естественное явление, которое широко распространено среди всех видов в природе и изучается на всех уровнях. Исследования сна сосредоточены на трех основных областях: что такое сон? Каковы механизмы сна? Каковы функции сна? На эти вопросы можно ответить только с помощью новейших методов исследования в области фундаментальной и прикладной нейронауки. Кроме того, изучение сна может способствовать пониманию сознания, которое меняется в ответ на вызванные сном изменения активности мозга. На протяжении десятилетий считалось, что активность мозга значительно снижается или даже исчезает, когда человек спит. Субъективные ощущения, такие как чувство потери сознания во время сна и исчезновение воспоминаний о психической деятельности, похоже, подтверждают эту точку зрения. Даже такие великие ученые, как Чарльз Шеррингтон и Иван Павлов, поддерживали эту идею. Однако в 1950-х и 1960-х годах ученые обнаружили феномен чередования периодов быстрого движения глаз (REM) и медленного движения глаз (non-REM) сна, и этот взгляд на сон был опровергнут. Поскольку REM-сон ассоциируется с галлюцинаторными сновидениями, это доказало, что во время сна действительно существует высокий уровень активности мозга. Вскоре после этого открытия было замечено, что если мозг «активизируется» во время REM-сна, то одновременно прерываются сенсорный и моторный входы, что некоторые исследователи называют образным явлением. «Этот феномен некоторые исследователи также называют «оффлайн» («не в сети»). Во время 90-минутного периода REM-сна мозг находится в состоянии повышенного возбуждения. Период REM-сна составляет 20 процентов от всего процесса сна. Этот факт опровергает ранее широко распространенное мнение о том, что сон формируется в результате прекращения активности мозга. Другие факты также подтверждают, что мозг остается активным во время сна. Самые ранние исследования мозгового кровотока (CBF), проведенные Сеймуром С. Кети и, вслед за ним, Соколовым, показали, что во время состояния сна мозговой кровоток снижается всего на 20%. Было обнаружено, что во время сна активность клеток нейронов снижается почти в такой же степени, как и увеличивается скорость прохождения нервных импульсов. Учитывая корреляцию между кровотоком и активностью нейронных клеток, неудивительно, что такое явление имеет место. Даже во время сна NREM, когда сознание полностью утрачено, мозг в определенной степени остается активным. В ранних работах, проведенных в лабораториях, занимающихся изучением сна, исследователи провели описательное исследование сна, используя такие методы, как визуализация мозга и количественная электроэнцефалография (ЭЭГ), и получили плодотворные результаты. Методы визуализации показали, что уровень активности в локализованных областях мозга значительно различается между двумя состояниями активации ЭЭГ, REM-сна и бодрствования, и что уровень активности мозга в обоих состояниях отличается от уровня активности в NREM-сна, когда ЭЭГ показывает медленные волны высокого напряжения, а не быстрые волны низкого напряжения. Количественный анализ ЭЭГ также выявил различия в электрической активности между областями мозга. Эти новые данные позволяют предположить, что мозг относительно статичен во время NREM-сна, когда мозговые волны состоят в основном из веретенообразных волн и высоковольтных медленных волн. Однако важно подчеркнуть, что это общее состояние покоя мозга является лишь относительным. Хотя сознание притуплено, мозг по-прежнему активен примерно на 80% и способен к тонкой обработке информации. Поэтому веретено сна и медленные волны ЭЭГ представляют собой изменения в возбудимости электрической активности в корковых и таламических областях мозга и не могут субъективно рассматриваться как «шум». 1. Механизмы и функции сна В целом, все результаты исследований подтверждают две точки зрения. Первая заключается в том, что сон — это активный процесс, контролируемый мозгом, а не пассивный результат состояния бодрствования; вторая — что сон следует рассматривать как реорганизацию активности нейронов в мозге, а не как прекращение активности. Согласно первой точке зрения, очевидно, что хотя сон млекопитающих происходит в периоды покоя в циркадном ритме, на самом деле он все еще является результатом активного контроля со стороны гипоталамуса и ствола мозга. Именно в этом контексте недавнее описание Сапером переключателя сна (подробнее см. «Исследования механизмов гипоталамической регуляции сна и циркадных ритмов у человека») получило широкое признание и одобрение. Почти у всех изученных млекопитающих наблюдается чередование NREM-REM во время сна, что позволяет предположить, что сон является не только универсальным механизмом, но и что его роль отнюдь не так проста, как мнимое сохранение энергии. Обнаружение того, что сон имеет непрерывный и тонко настроенный механизм регуляции, также предполагает, что у сна должны быть дополнительные функции. Например, недавнее открытие роли сна в контроле энергетической стабильности организма и повышении способности к обучению. Это также напоминает идею Стикголда о том, что сон улучшает процедурное обучение (см. подробнее «Процессы консолидации памяти, зависящие от сна»). В настоящее время в исследовательском сообществе наблюдается новый энтузиазм в области сна и обучения. В основном это связано с тем, что исследователи наблюдали у наземных млекопитающих, что сон может помочь этим животным закрепить полученные двигательные навыки. Есть животные, которые способны обучаться даже при сильной нехватке сна, но это не означает, что связь, обнаруженная между сном и улучшением способности к обучению, не существует. Общее явление заключается в том, что большинство животных использовали бы сон для улучшения способности к обучению, если бы могли. Выяснение вопроса о том, как сон помогает (или не помогает) нарративной памяти, требует более тщательного экспериментального дизайна и кропотливой работы. Следующий вопрос, который необходимо рассмотреть, заключается в том, что если память относится к сознательному припоминанию и организации того, что было выучено, то мы можем обсудить вопрос о том, как сон помогает памяти. Согласно приведенному выше определению, память зависит от обучения, но ни в коем случае не эквивалентна ему. Углубленные исследования различий сна между видами и между возрастными группами одного и того же вида показали, что сон выполняет целый ряд функций. Эти функции различаются у разных видов, даже если у одного вида определенная функция отсутствует. Тот факт, что одна и та же функция может быть достигнута на разных стадиях состояния бодрствования, не означает, что сон не работает, а скорее означает, что у видов с относительно небольшим количеством сна должны быть другие каналы для удовлетворения этого требования, и эта «пластичность» явно многофункциональна. В мозге существует множество функций и механизмов, связанных со сном. Именно эта точка зрения вдохновила и поддержала филогенетические исследования Зигеля (см. подробнее «Тайны функции сна у млекопитающих»). Филогенез сна изучается уже давно, и вскоре стало очевидно, что сон обычно возникает только у теропод с относительно большим размером мозга. Работа Эллисона и Чичетти показала, что количество снов, глубина сна и распределение продолжительности сна варьируются между видами для адаптации к различным экологическим нишам. Общее правило заключается в том, что крупные плотоядные, такие как львы, предпочитают открытые места обитания и спят дольше и глубже, когда не кормятся и не спариваются; напротив, мелкие травоядные, такие как кролики, предпочитают норы и спят более короткие периоды, поскольку им требуется больше времени на кормление и спаривание. В то же время они должны бодрствовать, чтобы предотвратить хищничество. Поэтому в данном исследовании делается вывод, что если животные могут спать, то они будут спать. Исследования человеческого сна также показали, что сон очень изменчив, поскольку исследователи выявили ряд очень сложных типов нарушений сна. Если рассматривать сон как активно регулируемый процесс, то можно понять, почему одни люди спят так мало, другие — так много, а третьи спят в другое время, отличное от среднего человека. Маховальд и Шенк, написавшие обзор этих нарушений сна, отмечают, что многие из состояний, разделяющих сон и бодрствование, могут быть очень тревожными (подробнее см. раздел «Достижения в исследовании нарушений сна»). Последние научные и технологические достижения в области сна оказали значительное влияние на сновидения. Каковы последствия последних технологических достижений в области сна для теорий, связанных со сновидениями? В отличие от взгляда Фрейда на сновидения как на реакцию памяти на дневные переживания, данные последних исследований свидетельствуют о том, что сновидения содержат большое количество фрагментов памяти, которые отражаются в снах на срок до шести дней вперед. Однако результаты ожидающего систематического воспроизведения говорят о том, что любую теорию о причине сновидений следует принимать терпимо и без осуждения, даже если она не имеет под собой никаких оснований. Исследования Нильсена направлены на изучение секретов, стоящих за этими явлениями (подробнее см. «Что является источником памяти сновидений?»). 2. сон и сознание 2. Сон и сознание Возможно, одна из самых важных проблем современной науки о сне — загадка природы сознания — не рассматривается в этой статье. Мгновенные реакции подтверждают, что сознание зависит от состояния. На протяжении столетий мы неправильно понимали взаимосвязь между сном и мозгом, поскольку сделали ошибочное суждение, что сознание прекращается во время сна и становится активным только после пробуждения. Однако случайные сны опровергают вышеупомянутую теорию, но многие великие ученые, включая Зигмунда Фрейда, также ошибочно полагали, что сны возникают только во время бодрствования. Хотя это правда, что во время сна NREM сознания не существует, оно все же меняется вместе с активностью мозга сразу после засыпания (когда возникает психическая активность, похожая на сон). Эта активность происходит во время более поверхностных стадий засыпания во время NREM-сна и во время более длительных, более выраженных периодов REM-сна, когда снятся сны. Поскольку сон может оказывать значительное влияние на память, трудно точно и надежно описать состояние психической активности во время сна. Однако теперь мы понимаем, что сознание человека изменяется соответственно с мозгом во время различных стадий сна. Это дает дополнительную поддержку гипотезе о состоянии сознания. Гипотеза предполагает, что состояния сознания людей изменяются в архитектуре, подобной шаблону, так же, как и функции мозга во время цикла сон-бодрствование. Один из способов изучения сознания заключается в том, чтобы регистрировать как изменения в мозге, так и изменения в мыслях, а затем тщательно анализировать связи между ними. Итак, как активность мозга регулирует сознание? Прямое изучение субъективного опыта во время сна — очень важный подход в области исследования сознания, которое сейчас находится в самом разгаре. Однако при таком подходе к субъективному опыту существует множество проблем, которые разочаровали даже самых бесстрашных ученых. Кроме того, важно отметить, что субъективные мнения отдельных людей вообще не могут быть использованы в качестве материала для исследований, если только не приложить много усилий для отсеивания и фильтрации этих субъективных данных. Среднего добровольца просят рассказать о своей психической активности в состоянии бодрствования, в бодрствующем состоянии, в состоянии сна, в период NREM-сна и в период REM-сна. Исследователи оценивают добровольцев на основе их описаний галлюцинаций, мыслей и взаимосвязей с мозгом в тот момент. Галлюцинации были наименее распространены в состоянии бодрствования и наиболее распространены во время REM-сна. Напротив, мыслительная активность наблюдалась чаще всего в состоянии бодрствования и реже всего во время REM-сна. Эти явления позволяют предположить, что после сна мозг способен как воспринимать, так и мыслить. Однако он не может делать и то, и другое одновременно. В этом смысле сны похожи на галлюцинации и бред, известные как психические заболевания. В другом исследовании ученые проверили эту гипотезу. Они провели тематический тест на понимание (ТАТ) с пациентами с шизофренией, которые получили высокие баллы при оценке когнитивной прерывистости и непоследовательности. Нормальные контрольные группы того же возраста и пола, что и эти пациенты, имели такие же причудливые сны, но у контрольных групп было гораздо меньше таких причудливых описаний в состоянии бодрствования. Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что REM-фаза сна является физиологическим состоянием мозга, которое создает характерную психотическую психическую активность. Однако в состоянии бодрствования эта функция мозга подавлена. Другими словами, ни один мозг в состоянии бодрствования не обладает нормальной сновидческой активностью. И наоборот, нормальные сновидения можно рассматривать как нормальную реакцию на крайне ненормальные состояния мозга и психики. Теперь нам ясно, что сознание — это функция мозга. Исследование сна и мозга — это очень редкая точка соприкосновения между областями биологических и психологических научных исследований. Исследования, которые сейчас ведутся в этом направлении, надеюсь, соединят молекулярную клеточную биологию и поведенческую науку о сознании, и даже могут помочь людям в лечении физических и психических заболеваний.