Сон

с физиологической точки зрения
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★

Занятия спящего мозга

Наталья Резник, кандидат биологических наук «Химия и жизнь» №3, 2014 • Библиотека научно-популярных статей на «Элементах» • Нейробиология //  elementy.ru
 
В результате подобных экспериментов специалисты Медицинского центра Рочестерского университета (США) под руководством Мейкен Нейдегаард обнаружили «глимфатическую» систему — специфические каналы для течения спинномозговой жидкости (Science Translational Medicine, 2012, 4, 147ra111, DOI:10.1126/scitranslmed.3003748). Исследователи предположили, что система служит для очистки мозга от вредных веществ, которые накапливаются в межклеточном пространстве в результате обменных процессов.

Что такое лимфатическая система, знают все. Лимфа вбирает в себя вредные продукты метаболизма тканей из межклеточной жидкости; ее сосуды открываются в вены, по которым все собранные «отходы» попадают в печень и почки и выводятся из организма. Чем активнее происходит в ткани обмен веществ, тем лучше в ней развита лимфатическая сеть. Но в мозге лимфатических сосудов нет, меж тем его метаболическая активность очень высока, а нейроны и глия чувствительны к внешним воздействиям. Именно с накоплением продуктов клеточной жизнедеятельности связывают развитие нейродегенеративных заболеваний, таких, как болезнь Альцгеймера. По мнению специалистов, основная часть патогенных белков разрушается внутри клеток мозга, однако много вредных молекул оказывается в межклеточном пространстве, и от них тоже надо избавляться. Роль очищающего раствора могла бы играть спинномозговая жидкость (СМЖ). Она высачивается из сосудистого сплетения, протекает через желудочки мозга, омывает его поверхность и снова возвращается в кровоток. Но сквозь толщу мозговой ткани ей пройти трудно, поскольку специальных сосудов для нее там нет, а диффузия идет очень медленно. Оказалось, однако, что специальный скоростной путь для СМЖ все-таки существует (рис. 1)
 




Висцеральное бессознательное

Во время бодрствования наш мозг занят анализом сигналов, поступающих из внешней среды, и реакцией на эти сигналы. Но есть еще и внутренние органы. Днем они действуют в автоматическом режиме: животное дышит, его сердце бьется, кишечник и желудок сокращаются, пищеварительные железы выделяют ферменты. Однако и эти функции нуждаются в периодическом контроле мозга. Доктор биологических наук И. Н. Пигарёв, ведущий научный сотрудник Института проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН, предлагает висцеральную гипотезу сна, согласно которой нейроны спящего мозга перестают реагировать на внешние сигналы, чтобы переключиться на анализ информации от внутренних (висцеральных) органов (Журнал высшей нервной деятельности, 2013, 63, 1, 86–104, DOI:10.7868/S0044467713010115).

...

Согласно классическим представлениям, кора разделена на специализированные зоны: зрительные, слуховые, двигательные. И трудно представить, чтобы нейроны, ответственные за обработку зрительных сигналов, анализировали также информацию, поступающую из кишечника. Чтобы проверить это предположение, автор гипотезы сравнил реакцию одних и тех же отделов коры на разные стимулы во время сна и бодрствования. Оказалось, что нейроны коры кошки, которые при бодрствовании отвечали на зрительные сигналы или контролировали движения передних лап, в период медленного сна реагируют на электрическую стимуляцию желудочно-кишечного тракта, причем эта стимуляция не будит кошку, а делает ее сон более глубоким. Сразу после пробуждения и зрительные, и соматосенсорные нейроны возвращались к своим первоначальным функциям, не отвечая больше на висцеральные сигналы. Аналогичным образом вели себя нейроны зрительной коры обезьяны, а также зрительной и соматосенсорной коры кроликов.

Оказалось, что в состоянии бодрствования исследованные нейроны на сокращения желудочно-кишечного тракта не откликаются. Зато в периоды медленного сна электрические импульсы значительной части нервных клеток коры совпадают по времени с миоэлектрической активностью, вызванной сокращениями желудка и двенадцатиперстной кишки. При этом они реагируют на заполнение кишечника. Когда кошкам через фистулы непосредственно в желудок вводили воду, сон животных был более глубоким и длительным, и активность нейронов коры отличалась от той, которую регистрировали у спящих кошек на пустой желудок.

Все доказательства того, что корковые нейроны анализируют сигналы от внутренних органов, были получены в период медленного сна. Однако он чередуется с быстрым, более глубоким, чем медленный. По мнению Ивана Николаевича Пигарёва, мозг занимается обработкой висцеральной информации и в медленном, и в быстром сне. Во время медленной фазы он анализирует деятельность ритмично работающих органов пищеварения, дыхания и сердца. Их ритмическая активность в результате интерференции определяет медленные волны корковой ЭЭГ. Затем сканирование переходит к органам, не имеющим очевидной ритмики: печени, почкам, сосудистой системе, мышцам и сухожилиям. Наконец мозг должен и сам себя обследовать. Так что сон можно рассматривать как единый процесс анализа всех висцеральных систем организма.

Упрощенная схема работы мозга в режиме «сон-бодрствование» представлена на рис. 3. В период бодрствования нейроны коры заняты анализом внешних сигналов, пути, по которым поступает информация от внутренних органов, заблокированы, а внутренние органы работают под контролем автономной нервной системы. Но со временем эта система перестает справляться с ситуацией, и появляется необходимость в контроле со стороны коры. Висцеральные органы постоянно сравнивают свое состояние с эталонным и посылают сигналы о несоответствии на специальные нейроны, откуда они поступают в мозг. Мозг воспринимает их как чувство усталости, и организм старается заснуть. Во сне у коры появляется возможность перераспределить информационные потоки: отключить внешние каналы и сосредоточиться на связи с внутренними органами. Когда все висцеральные параметры приведены в норму, мозг переключается в режим бодрствования, и спящий пробуждается.

На рисунке эта схема выглядит достаточно просто, но ее реализация не всегда идеальна, потому что в роли переключателей выступают химические синапсы, работа которых зависит от многих условий, в том числе от предыдущей активности нейронов. В результате в переключении информационных потоков возникают сбои, которые могут привести к неприятным последствиям. Например, если на двигательные отделы коры, которые еще не отключились от мотонейронов спинного мозга, начнут поступать сигналы от внутренних органов, они вызовут сокращения мышц, например движения конечностей, которые будят засыпающего человека. Такое нарушение хорошо известно как синдром беспокойных ног, но от него есть лекарства. Они позволяют углубить сон в период засыпания, и этого достаточно, чтобы предотвратить возникновение бесконтрольных движений. Когда человек заснет, сигналы от внутренних органов перестанут поступать в спинной мозг и вызывать беспокойство.

Возможно, что сигналы висцеральной системы попадают из коры в еще не полностью отключенный или преждевременно пробуждающийся блок сознания. Сознание — это функция бодрствования, во сне и под наркозом оно отключается. Какие именно нейроны за него отвечают, пока можно лишь предполагать, но ясно, что внутренние органы в сознании не представлены. Их активность сознание воспринимает как шум, а шум прежде всего возбуждает нейроны, имеющие самые низкие пороги ответа, то есть те, которые недавно работали. Вероятно, именно благодаря внеурочной активности этих нейронов мы видим сны, предметом которых становятся события, занимавшие нас в состоянии бодрствования. Смотреть сны интересно, но, если блокировка сознания во время сна нарушена серьезно, человек страдает от ночных кошмаров.

В случае несинхронного включения разных систем, когда сознание уже проснулось, а моторная зона еще спит, человек, пробудившись, некоторое время не может пошевелиться (паралич сна). Обратная ситуация, при которой зона поведения и двигательной активности проснулись, а сознание еще заблокировано, порождает сомнамбулизм. Человек ходит с открытыми глазами, его движения осмысленны и хорошо скоординированы, потом он засыпает, а проснувшись, совершенно не помнит, что перепрятал Лунный камень.

Как эта гипотеза объясняет засыпание? В бодрствующем организме внутренние органы работают под местным контролем автономной нервной системы. Однако эта система не может самостоятельно решать все возникающие проблемы, и постепенно текущие параметры работы внутренних органов отклоняются от генетически заданных норм. Это рассогласование будет вызывать ощущение усталости или давление сна. Если окружающая обстановка допускает переход ко сну, животное или человек отдастся Морфею при первых признаках усталости, а корковые зоны будут анализировать причины возникших проблем и искать пути их устранения. Если же условия неблагоприятные — шумно, тревожно, неотложные дела, — организм борется со сном. В такой ситуации велика вероятность, что отдельные зоны коры все-таки заснут при сохранении внешне бодрого состояния организма (Neu-roreport. 1997, 8, 11, 2557–2560). При этом ни сам человек, ни окружающие его люди не замечают, что часть мозга отключилась от обслуживания поведения. Если выполняемая при этом работа несложна, возникновение локального сна может пройти безболезненно. Но в тех случаях, когда человек занят важным делом, связанным с принятием сложных и быстрых решений, локальный сон приведет к драматическим последствиям. Видимо, именно локальный сон становится причиной техногенных катастроф, дорожных происшествий и медицинских ошибок, вероятность которых возрастает в ночное время.

Положения висцеральной гипотезы сна подтверждают многочисленные эксперименты, проведенные за последние двадцать лет на кошках, обезьянах и кроликах.

Но есть и другие предположения о том, зачем нужен сон, не менее убедительные.
 



Холодная голова

Доктор физико-математических наук Д. П. Харакоз, много лет проработавший в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН, предложил фазово-переходную концепцию, согласно которой во сне происходит очистка пресинаптической мембраны путем ее перекристаллизации — перехода из жидкого состояния в твердое и обратно (Журнал высшей нервной деятельности, 2013, 63, 1, 113–124, DOI:10.7868/S0044467713010061). К сожалению, из-за безвременной кончины автор гипотезы не успел ее проверить.

...

Возможности для перекристаллизации мембран в организме есть. Они весьма чувствительны к внешним воздействиям и отвердевают при небольшом охлаждении. Организм теплокровных очень эффективно регулирует температуру. Нагревание происходит в результате метаболических процессов в разных тканях, а охлаждение — через дыхательные пути и кожные покровы, особенно уши, конечности и хвост, у кого он есть. Отвечает за терморегуляцию гипоталамус. Мозг питают каротидные артерии и вертебральные, температура крови в которых выше, чем в каротидных. Изменяя просветы этих двух видов артерий, организм может переключать температуру мозга при смене фаз сна. Многочисленные эксперименты свидетельствуют, что изменения температуры мозга не случайны. У крыс она всегда возрастает в ответ на внешние раздражители: боль, социальный контакт с другой особью, сексуальное возбуждение. Причем температура каждого отдела мозга в ответ на разные стимулы повышается до одного определенного значения, как будто стремится именно к нему. Например, для прилежащего ядра мозга крыс эта температура составляет 38,5°С. А в фазе медленного сна происходит охлаждение на величину от нескольких десятых долей градуса до нескольких градусов в разных отделах мозга у разных животных. Очевидно, температура мозга меняется не пассивно, а регулирует активность нервной ткани.

Если перекристаллизация мембран происходит в фазе медленного сна, очевидно, что синапс в это время работать не может: передача сигнала происходит, когда ионы кальция индуцируют отвердение жидкой мембраны, а если она и так уже находится в твердом состоянии, нейрон не среагирует на полученный сигнал и не сможет передать его дальше. Но, как отмечает исследователь, не все функции мозга нуждаются в предельно высокой скорости передачи сигнала, поэтому не все синапсы должны работать по фазово-переходному механизму и отключаться на профилактическую перекристаллизацию.

Для эффективной перекристаллизации мембраны очень важно чередование медленного и быстрого сна, сопряженного с чередованием пониженной и повышенной температуры. В прохладном медленном сне запускается «перекристаллизация» и удаляется часть материала, оставшегося в жидком состоянии и содержащего примеси. Потерянный материал необходимо восполнить, и сделать это можно в фазе быстрого сна, когда мембрана снова становится жидкой и способной «впитать» недостающие компоненты. Однако исследователь не исключает, что медленный сон для восстановления обязателен, а более теплый быстрый играет вспомогательную роль, в которой его может заменить бодрствование. Этот вопрос требует отдельного рассмотрения.

Как эта гипотеза объясняет засыпание? Температура тела (и мозга) подчиняется циркадному ритму, и, когда она понижается, хочется спать. Охлаждение мозга не просто связано с засыпанием, а стимулирует его. Вероятно, на этом основан известный многим бытовой способ борьбы с бессонницей: надо хорошенько замерзнуть. Народный метод подтверждают научные данные. На 23-й ежегодной конференции сомнологических обществ в 2009 году американский психиатр Эрик Нофзингер рассказал о том, что охлаждение черепа в области фронтальной коры с помощью специальной шапочки заметно ускоряет засыпание и улучшает качество сна.

Однако многие люди крепко засыпают после теплой ванны, и медикам этот эффект хорошо известен. Возможно, дело в том, что нагревание приводит к расширению сосудов рук и ног, представляющих собой эффективные теплообменники. Когда человек выходит из ванны, расширенные сосуды его конечностей усиленно отдают тепло и охлаждают тело.

...

Дмитрий Петрович Харакоз полагал, что любая гипотеза, объясняющая назначение сна, должна отвечать на вопрос, почему эта функция несовместима с состоянием бодрствования. Почему мозг не выделил особый участок для постоянного контроля за висцеральной системой и только отрешившись от мира может анализировать работу кишечника, почему глимфатическая система не в состоянии интенсивно орошать мозг круглые сутки? Не исключено, что у мозга столько функций, что он одновременно их не вмещает и вынужден разделять на дневные и ночные. Или у сна не одна причина, а несколько
 
 51.051.0

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★

Сон назвали очистителем мозга

Ученые обнаружили, что во время сна циркуляция спинномозговой жидкости резко возрастает. Сон, таким образом, выполняет функцию очистки мозга от вредных метаболитов. Открытие удалось совершить благодаря наблюдению за движением флюоресцентных красителей. //  lenta.ru
 
Ученые из Университета Рочестера установили, что во время сна циркуляция спинномозговой жидкости резко возрастает. Сон, таким образом, выполняет функцию очистки мозга от вредных метаболитов. Исследование опубликовано в Sсience, ему также посвящена редакционная статья в том же номере издания.

...

Участие межклеточного пространства мозга в циркуляции метаболитов было показано всего год назад той же группой под руководством нейробиолога Майкен Недергард (Maiken Nedergaard). Ученые показали, что этот процесс происходит активно и в нем участвуют мембранные каналы клеток глии, образованные аквапоринами (точнее, AQP4). В большинстве остальных тканей подобную функцию выполняет лимфатическая система, однако в нервной ткани лимфатических сосудов нет. До работы группы Недергард то, как мозг справляется с этой проблемой, ученые не представляли.
 

Ученые: при нехватке сна мозг начинает «пожирать» себя – Naked Science

Биологи показали, что дефицит сна ведет к гиперактивации систем «самоочистки» головного мозга, и они начинают удалять даже нужные клетки и синапсы. //  naked-science.ru
 
Одной из ключевых причин того, что мы так постоянно нуждаемся во сне, является «уборка мозга». Показано, что в течение этого времени глиальные клетки ведут активное удаление опасных для нейронов побочных продуктов, прежде всего бета-амилоидов. Мишель Беллеси (Michele Bellesi) и его коллеги из Политехнического университета Марше в Италии обнаружили, что этот же процесс развивается и при сильном дефиците сна – только в таком случае он совершенно выходит из-под контроля, разрушая сам мозг. Об этом ученые рассказывают в статье, опубликованной Journal of Neuroscience.



«Чистку» мозга производят вспомогательные клетки нервной ткани: микроглиальные поглощают старые и поврежденные клетки; астроциты расчищают ненужные синапсы, контакты между нейронами (этот процесс называется прунингом нейронов). Беллеси и его соавторы сосредоточились на втором из этих процессов и изучили лабораторных мышей, исследовав активность мозга у разных групп животных.
Одна группа изучалась сразу после 6–8 часов полноценного сна («отдохнувшие»); вторая – после сна, который время от времени прерывался («разбуженные»); третья – после лишних 8 часов бодрствования («невыспавшиеся»); наконец, мышам четвертой группы не давали спать в течение 5 суток («неспящие»).


У «отдохнувших» животных астроциты обнаруживались в 5,7 процентах синапсов, у «разбуженных» – в 7,3. У мышей с разовым и постоянным дефицитом сна – в 8,4 и аж 13,5 процентах синапсов соответственно. Что еще важнее, у «неспящих» и просто «невыспавшихся» мышей астроциты проявляли необычную для себя фагоцитарную активность, быстро разрушая синапсы.


По словам авторов, основной мишенью этой деятельности являются крупные, старые контакты между нейронами – скорее всего, выполняющие важные функции. У «неспящих» мышей подскочила и активность микроглии – причем известно, что излишнее рвение этих клеток может вести к развитию болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных процессов. Измученный дефицитом сна мозг в прямом смысле слова «утилизирует» сам себя, поедая свои собственные клетки и ткани.
 
 51.051.0

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★

Психофизиология. Хрестоматийный материал к теме 3

Печатается по изданию: Власов Н.А., Вейн А.М., Александровский Ю.А. Регуляция сна. М.: Наука, 1983. С. 5-31 Организация процесса сна в количественном, качественном и временном отношении, определенная последовательность появления стадий сна, циклическая их организация свидетельствуют о существовании определенной регуляторной системы. Высказывается предположение о вовлечении в регуляторный процесс сна системы обратной связи . Сон представляет собой сложно организованный процесс, регуляция которого осуществляется деятельностью собственных автоколебательных систем, находящихся в сложном взаимодействии и способных к "подстройке" к колебательным процессам внешнего мира [Моисеева, 1977]. //  Дальше — web-local.rudn.ru
 
 51.051.0

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★

Почему мы перестали спать и что с этим делать

Рекорд по нахождению без сна составляет 11 дней. Человек, который его поставил, прошёл через звуковые и зрительные галлюцинации, думал, что он чернокожий... //  geektimes.ru
 
Полифазный сон

Теперь поговорим о том, как высыпаться. Начнём с полифазного сна, при котором человек спит несколько раз в сутки. Есть несколько различных вариантов этого вида сна.

Biphasic — 5-7 часов ночью, 20 минут днём.
Everyman — 1,5—3 часа ночью, 3 раза по 20 минут днём.
Dymaxion — 4 раза по 30 минут через каждые 5,5 часов;
Uberman — 6 раз по 20 минут через каждые 3 часа 40 минут;

Один из интересных примеров жизни человека с полифазным сном — 5 с половиной месяцев, которые американский блогер Стив Павлина провёл в режиме Uberman. Во время своего «путешествия» в новый мир с 30-40 лишними часами в неделю он вёл подробный дневник. Уже на третий день адаптации он начал видеть сны, то есть его организм стал быстрее входить в фазу быстрого сна.

Одним из наиболее важных (и крайне неожиданных) событий, произошедших со мной за время практики полифазного сна, было изменение восприятия течения времени, во время моих дремот. Теперь, после пробуждения я чувствую, что прошло гораздо больше времени, чем показывают часы. Почти каждый раз, просыпаясь, я уверен (по физическим ощущениям), что проспал не менее 1-2 часов. Мой сон глубже и крепче, чем когда-либо раньше. Мне снятся очень насыщенные и яркие сны.

Вынужденными приверженцами полифазного сна стали пилоты Solar Impulse, первого в мире пилотируемого самолёта, который использует исключительно энергию Солнца и способен летать неограниченно долго (при качественной проработке маршрута, конечно). Бертран Пикар и Андре Борщберг спали по два-три часа в сутки в несколько заходов по 20 минут. Во время подготовки к полётам они учились техникам быстрого достижения глубокого сна.

Путешественник Фёдор Конюхов после кругосветного путешествия на воздушном шаре в 2016 году рассказывал, что в течение 11 дней спал отрезками примерно по секунде: брал в руку ложку, засыпал с ней и просыпался, когда она падала на пол. После приземления он отоспался в течение 5 часов.
 


- если это то, о чём я думаю, то он в каком-то докфильме рассказывал, что сидя спал подобными урывками не на шаре, а на яхте, когда какой-то грузик ронял в перевёрнутую тарелку, поставленную между ног.


Полифазный сон в качестве необходимости для выполнения каких-либо задач вроде кругосветного путешествия на самолёте или на воздушном шаре имеют право на существование. Однако доктор биологических наук, исследователь Пётр Возняк (Piotr Woźniak) отмечает, что последствия от таких экспериментов — те же, что и от любых других видов нарушения сна. Адепты полифазного сна обращались напрямую к Возняку, он исследовал влияние такого ритма жизни на их организмы, и не нашёл каких-либо подтверждений эффективности метода.

Полифазный сон опасен, так как он влияет на баланс разных этапов сна, необходимых человеку для полноценного восстановления. Единственный безопасный вариант полифазного сна — бифазный: когда ночью человек спит 7-8 часов, а днём устраивает себе тихий час.
 







Для качественного сна необходимо обеспечить полную темноту и температуру в 30-32 градуса, если вы спите без одеяла, нужно избегать источники света в голубой части спектра и, конечно, выключить телевизор.
 
 51.051.0

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru