Наука о сне

Кто спит одним полушарием мозга и одним глазом? Как животным удается спать между вдохами? Какие открытия помогла сделать ЭЭГ? История наблюдений Ровно 170 лет назад, в 1849 году, немецкий физиолог Эмиль Генрих Дюбуа-Реймон предположил, что мозг обладает электрогенными свойствами, то есть порождает слабые токи. С 1875 года началась история ЭЭГ: в Англии врач Ричард Катон замерял сигналы от мозга и обезьян, а в России молодой физиолог Василий Данилевский писал докторскую диссертацию, изучая электрическую активность мозга у собак. В 1880-е Иван Сеченов обнаружил ритмическую электрическую активность мозга у лягушек, а Николай Введенский применил телефонический метод регистрации для измерения ЭЭГ кроликов. Первым опубликовал электроэнцефалограмму собаки ученый-физиолог Владимир Правдич-Неминский в 1913 году. Он сделал измерения без повреждения скальпа животных, с помощью струнного гальванометра — и это была революция. Также он ввел термин «электроцереброграмма» и первую классификацию частот, обнаружив альфа- и бета-ритмы, поэтому его по праву считают отцом современного ЭЭГ. 95 лет назад этот метод впервые был опробован на людях. Немецкий физиолог и психиатр Ханс Бергер назвал точную дату полученной им первой электроэнцефалограммы человека — 6 июля 1924 года. Работа был опубликована спустя пять лет, в 1929 году. То есть уже 90 лет ученые регистрируют биотоки мозга людей: здоровых и больных, младенцев и стариков, бодрствующих и спящих. В 1953 году было сделано интереснейшее открытие с помощью электроэнцефалограммы: американские нейрофизиологи Натаниэл Клейтман и Юджин Азеринский открыли и описали фазу быстрого или парадоксального сна и впервые связали ее со сновидениями. Они проводили множество опытов со спящими, и даже специально их будили в «быстрой» фазе, чтобы узнать, какие они видят сны. Так появилась новая наука онейрология — она изучает сновидения. Сегодня известно, что спят все млекопитающие, включая дельфинов и китов, спят и насекомые, и моллюски, и черви, и медузы, и даже деревья. По последним данным, рыбки-немо и ящерицы тоже видят сны. Выяснилось много интересных фактов: о том, что крокодилы спят половиной мозга и с одним открытым глазом, а самыми малоспящими являются лошади и слоны — им достаточно вздремнуть 2-3 часа в сутки, а если угрожает опасность, они могут не спать по 24 часа и прекрасно себя чувствовать, не нуждаясь в дополнительном отдыхе. Остановимся на нескольких феноменах сна поподробнее, ведь за этими открытиями стоят десятилетия научных наблюдений. Как спим мы? Сон людей, всех наземных млекопитающих и птиц делится на две стадии: медленную и быструю, парадоксальную. Человек проводит в медленной фазе примерно 80% сна, а оставшиеся 20% — в быстрой: в это время тело как будто парализовано, а мозг показывает высокую активность, схожую с бодрствованием. Особой приметой парадоскального сна являются быстрые движения глаз – в научных работах они называются «rapid eye movement», или RЕМ. Парадоксальный сон или его признаки были зарегистрированы у всех изученных наземных млекопитающих — это около 100 видов, а также у птиц. В этом году те же фазы сна, что и у человека, обнаружены у аквариумной рыбки данио-рерио. В предыдущих исследованиях ученые открыли смену фаз сна у ящериц двух видов, причем их ЭЭГ сильно отличалось. Изучая особенности сна у простейших видов, физиологи сделали вывод о том, что способность спать появилась у животных еще до разделения эволюционных линий человека и червя-филярии, произошедшего примерно 700 миллионов лет назад. Любопытно, что жвачные млекопитающие продолжают движения челюстей во время медленноволнового сна, но прекращают жевать во время парадоксального сна. Мозг может засыпать частично: например, ЭЭГ обезьяны показала, что зрительная кора «заснула», в то время, как моторная кора продолжает демонстрировать активность. И действительно: обезьяна спала, но шевелила лапой. Так появилось представление о «локальном сне» у наземных млекопитающих. Как спят водоплавающие? Млекопитающие спят на ровных поверхностях, хотя есть, конечно, исключения. Шимпанзе делают гнезда, а слоны лишь 10 из 35 ночей проводят лежа. Но при этом под ними — ровная земля. А вот как спят водоплавающие животные? Особенно, те, кому нужно постоянно быть в тонусе из-за волн, холода, опасностей и необходимости дышать воздухом? Книга профессора Джона Лилли «Человек и дельфин», вышедшая в 1961 году, заставила российских ученых из Института эволюционной морфологии и экологии животных им. А.Н. Северцова призадуматься над этой тайной. Ведь сон, особенно в своей быстрой фазе, связан с неподвижностью, а морские млекопитающие практически не замирают. Если они перестанут двигаться, то могут замерзнуть или перестать дышать. Дыхательные паузы у дельфинов — очень короткие. Например, черноморским афалинам нужно всплывать и делать вдох каждые 15 секунд. Когда же, спрашивается, спать? В 1973 году была организована экспедиция на Черное море в район мыса Большой Утриш неподалеку от Анапы. В научных целях были отловлены черноморские афалины и началось исследование их сна с помощью ЭЭГ. Так было сделано удивительное открытие: оказалось, что мозг этих животных никогда не спит целиком, а полушария головного мозга спят по очереди — причем, это не быстрая фаза, а глубокий медленный сон. Сначала ученые подумали, что асимметрия в ЭЭГ дельфина случайность, но при дальнейших исследованиях факт подтвердился: дельфинам действительно свойственен чередующийся однополушарный медленный сон. Более того: они спят одним полушарием и одним глазом. Когда спит правое полушарие мозга дельфина, закрыт его левый глаз, и наоборот. В ходе наблюдений ученые заметили, что открытый глаз, как правило, смотрит в сторону партнера, матери или детеныша. То есть дельфины «спят и видят» одновременно и это не метафора. Позже оказалось, что такой же сон «наполовину» свойственен всем видам зубатых китов, а также ушастым тюленям, крокодилам и морским котикам, когда они спят в воде. Отсутствие быстрого сна у дельфинов и родственных им китов, специалисты объясняют тем, что половина их мозга всегда бодрствует: это сохраняет мозг и в особенности ствол головного мозга теплыми и делает парадоксальный сон ненужным. Ученые отмечают, что китообразные прошли удивительный путь эволюции: от теплокровных наземных животных пакицетов (Pakicetus) до водоплавающих, которым экстренно пришлось научиться спать и дышать одновременно. Они переселились в воду примерно 50–70 млн лет. Совсем иначе спят касатки: они просто зависают у поверхности воды и дрейфуют по несколько часов, наслаждаясь сном. Но эту радость могут себе позволить только взрослые особи, с большой массой и высоким содержанием подкожного жира. А вот новорожденные детеныши спят в движении, пока не подрастут и накопят запасы жира, который поможет поддерживать температуру тела. Обычные тюлени и моржи отдыхают на суше. Но если тюленю случится заснуть в воде, то он постоянно пробуждается для того, чтобы всплыть и вздохнуть. ЭЭГ показывает, что эпизоды сна этих животных в воде имеют типичную для млекопитающих смену фаз медленная-быстрая, регулярные пробуждения и быстрое восстановление сна после актов дыхания. Как спят растения? Всем известно, что у растений, как и у животных, есть свои биоритмы. Многие цветы складывают лепестки в бутоны к ночи и раскрывают их по утрам. Чарльз Дарвин отмечал изменения движений листьев и стеблей по вечерам, но современные ученые пошли еще дальше. Группа специалистов из Австрии, Финляндии и Венгрии измерила «движение сна» у деревьев, применив лазерное сканирование инфракрасным светом, отраженным от листьев. Оказалось, что ветви и листья после заката постепенно отвисают, достигая максимально низкого положения за пару часов до восхода солнца. Утром деревья «просыпаются» и возвращаются в исходное положение в течение нескольких часов. Для достоверности эксперимента он проводился в спокойных погодных условиях с двумя разными видами берез: для 14 деревьев в Финляндии и 77 в Австрии. «Наши результаты показывают, что все деревья опускают ветки в течение ночи. Можно заметить изменение позиции листьев и ветвей, — сообщил Ээту Путтонен из Финского геопространственного научно-исследовательского института. – Изменения не слишком велики: деревья высотой в среднем около пяти метров опускают ветки только на 10 сантиметров, но процесс этот имеет систематический характер». Специалисты по онейрологии пока не могут ответить на вопрос, что снится растениям и животным, хотя всерьез убеждены, что в быстрой фазе млекопитающие смотрят свое «ночное кино». Люди также редко могут вспомнить и описать свои сны. О причинах плохой памяти на сновидения мы рассказывали в материале «Почему мы забываем?»