Для чего человек спит
Что такое сон и зачем он нужен? Физиология, структура, функции сна
Неслышными шагами подходит он ко мне – приятнейший из воров, и похищает мысли мои, и я застываю на месте… Фридрих Ницше
Каждую ночь все мы засыпаем и спим до утра. Примерно по 8 часов в сутки и около 25 лет за всю свою жизнь. Сон жизненно необходим, притом человек должен спать каждый день и на протяжении достаточного количества времени.
В некоторых случаях мы оказываемся лишены положенной порции сна – например, из-за ночного дежурства на работе. Даже одна ночь без полноценного отдыха ухудшает самочувствие, настроение и работоспособность. Не спать две, три и более ночей подряд – крайне сложно и еще более вредно.
Задокументированный мировой рекорд отсутствия сна составляет 11 дней, он был поставлен полвека назад молодым американцем Рэнди Гарднером. К исходу эксперимента отважный естествоиспытатель находился в состоянии психоза, страдал галлюцинациями и не помнил своего имени. Если вообще не давать человеку спать, примерно через 2 недели он может погибнуть от тяжелых нарушений работы мозга. Зачем нужен сон, чем обусловлена его исключительная важность и что это вообще такое?
Что собой представляет сон
В это сложно представить, но на сегодня абсолютного определения сна не существует. Если дать приблизительное описание термина, то сном называют нормальное физиологическое состояние, при котором у человека понижена реакция на окружающий мир и целью которого является отдых и восстановление.
Раньше люди весьма примитивно представляли себе физиологию сна. Они считали, что во время сна душа покидает тело и путешествует по свету (глобальному информационному полю? астральному миру?). То, что она видит на протяжении своего «путешествия», человек запоминает как сновидения. Сейчас можно с уверенностью говорить о том, что в астрал мы во сне не выходим. Однако происхождение сна все равно полно загадок. Человечеству десятки тысяч лет, и за это время мы так и не выяснили, что такое сон! Сомнология – наука о сне – возникла лишь около 50 лет назад, и за это время, несмотря на достаточно бурное свое развитие, она еще не успела дать ответы на вопросы о физиологии сна и его функциях.
По факту совершенно очевидными являются лишь три вещи.
Тонкости ученым пока неизвестны. Однако они смогли изучить структуру сна и описать некоторые процессы, происходящие в организме то время, когда человек спит.
Структура сна
Большинство людей спят один раз в сутки, ночью. Со стороны сон выглядит достаточно монотонно, предсказуемо, даже скучно: человек ложится вечером в постель, закрывает глаза и остается в постели до утра. Однако на самом деле сон – явление очень динамичное. Это было доказано исследованием процессов, которые происходят у спящих в мозгу.
Ни для кого не секрет, что организм человека производит слабое электричество. При работе сердца, мышц и других органов возникает электромагнитное поле. Особенно активным «электрогенератором» является головной мозг. Его биоэлектрическая активность значительно меняется на протяжении ночи. Изучение этой активности при помощи энцефалографии и позволило специалистам узнать о структуре сна и выделить его циклы, фазы и стадии.
Обычная продолжительность ночного сна составляет 7-8 часов. Этот период состоит из нескольких (4-5) одинаковых «кусочков», которые называются циклами. Каждый цикл включает определенную последовательность фаз и стадий.
После того как человек засыпает, он погружается в фазу медленного сна. «Медленным» такой сон назван потому, что на его протяжении глаза человека под закрытыми веками совершают медленные плавающие движения.
I стадия медленного сна (иногда ее также называют дремотой) наступает сразу после засыпания. Это самый поверхностный сон, который легко потревожить; если разбудить человека во время I стадии сна, он зачастую отрицает, что успел уснуть. По времени I стадия длится не более 5% от продолжительности всего сна.
II стадия медленного сна, во время нее на энцефалограмме спящего появляются специфические феномены – «сонные веретена» и «К-комплексы». В одном недавнем исследовании была определена их связь с состоянием памяти, хотя окончательно их функция еще не ясна. Во II стадии сон постепенно углубляется, хотя это – все еще поверхностный сон. Его длительность достигает до 60% от всего времени сна.
Ранее в медленном сне выделяли еще две глубоких стадии – III и IV. Однако не так давно Американская Академия Медицины сна объединила их в одну – дельта-сон, или медленный глубокий сон. Он наступает после II фазы. В это время у человека максимально снижаются температура тела и частота сердцебиений, падает тонус мышц, выделяются многие важные гормоны. Это самый глубокий сон, разбудить человека в этот период сложнее всего. На протяжении дельта-сна у спящего возникают первые сновидения, а еще эта стадия – самая уязвимая для различных нарушений. Именно при расстройствах дельта-сна у человека возникают лунатизм, ночные ужасы, энурез, разговоры во сне.
После дельта-сна наступает быстрый сон (REM-сон, стадия сна с быстрыми движениями глаз). Момент перехода можно определить даже в том случае, если человек не «подключен» к энцефалографу. Достаточно просто посмотреть на спящего со стороны. Во время быстрого сна возникают быстрые движения глаз. Состояние мозга спящего в это время напоминает таковое при бодрствовании, учащается дыхание и сердцебиение. В быстром сне человек видит наибольшее количество сновидений, и если разбудить его в эту фазу, он их очень хорошо помнит. Однако в целом пробуждение при быстром сне почти так же затруднено, как и при глубоких стадиях медленного сна.
Интересная особенность быстрого сна заключается в том, что у спящего падает тонус мышц тела – фактически он становится парализован. Предполагается, что назначение этого феномена в том, чтобы человек не повторял движения, которые он совершает в своих сновидениях.
После окончания стадии быстрого сна завершается и весь «сонный» цикл. Мозг на короткое время подбуживается, а затем переходит к следующему циклу, который включает идентичную последовательность фаз.
Один цикл длится около 90 минут. Именно поэтому утреннее пробуждение легче всего происходит тогда, когда с момента засыпания происходит количество времени, кратное 1,5 часам. Человек просыпается на границе двух циклов сна, когда его сон наиболее поверхностный, и перейти к бодрствованию легче всего.
Функции сна
На вопрос о том, зачем нужен сон, каждый ответит: чтобы организм отдохнул! Но отдыхает ли он на самом деле?
Да, во сне расслабляются мышцы, снижается скорость обменных процессов, все органы работают вполсилы. Но изменения, происходящие в мозге спящего, не позволяют сказать, что нервная система тоже отдыхает.
Есть такое выражение: «Смена деятельности – лучший отдых». Для головного мозга сон – это всего лишь смена деятельности, но никак не расслабление. Всю ночь в нервных центрах кипит работа – мозг реализует функции сна.
Итак, зачем человек должен спать?
Нарушения сна
Сон человека может пострадать от разных внутренних и внешних причин. Всего по современной классификации существует 89 болезней сна. Их изучает наука сомнология.
Среди заболеваний сна наиболее часто встречаются разные виды бессонницы (10-15% населения – хроническая бессонница, до 40% – эпизодическая), храп (треть взрослых людей), синдром обструктивного апноэ сна (4-7%), синдром беспокойных ног. Реже сомнологи сталкиваются с другими расстройствами.
Есть и заболевания, которые ни разу не встречались большинству докторов – до того они редкие. Например, существует генетическое расстройство под названием фатальная семейная бессонница. За всю историю медицины случаи этой болезни были зарегистрированы у представителей лишь 40 семей в мире.
В нашей стране сомнология только начинает развиваться. Всего на территории России существует около 50 сомнологических центров, кабинетов и лабораторий сна – для сравнения, в США их около 5000.
С различными «сонными» расстройствами лучше обращаться напрямую к специалистам-сомнологам. Они знают, как именно диагностировать те или иные заболевания и что делать, чтобы каждый пациент вернул себе способность хорошо и крепко спать.
Почему человек спит?
Вы просыпаетесь, сладко потягиваетесь в мягкой постели, встаете и видите через огромное окно солнце, встающее над гладью океана, белоснежный песок пляжа и пальмы. Сквозь открытую дверь лоджии дует свежий морской бриз и доносится шум прибоя. Вы пьете ароматный свежемолотый кофе, выходите из дверей двухэтажной виллы, садитесь в салон автомобиля с вздыбившимся конем на капоте, поворачиваете ключ и под благородный рокот двигателя V8. окончательно просыпаетесь от звона будильника.
Снова коварный мозг заставил нас поверить в реальность происходящего. Но как он это делает? Как ухитряется заставить человека пролежать почти без движения семь и более часов, показывая при этом интереснейшие блокбастеры с захватывающим сюжетом? Причина этого — сложнейшие биохимические процессы, в которых принимают участие не одна и не две структуры мозга, а целая сеть. Как же происходит взаимодействие и «переключение» бодрствования на сон? Как развивается сон и когда приходят сновидения? Почему иногда, просыпаясь от звонка будильника, мы чувствуем себя способными свернуть горы, а иногда раздраженно готовы крушить все вокруг?
Сквозь пелену времен
Сомнология — наука, изучающая сон, — появилась сравнительно недавно, ибо возраст первых фундаментальных исследований в области «царства Морфея» не превышает 120 лет. До этого сну придавалось мистическое значение, как пограничному состоянию между жизнью и смертью. Аристотель говорил: «Сон, по-видимому, принадлежит по своей природе к такого рода состояниям, как, например, пограничное между жизнью и не жизнью, и спящий и не существует вполне, и существует». Великий врач древности Гиппократ полагал, что сон возникает в результате оттока крови и тепла от головы во внутренние области тела. Это объяснение владело умами европейских ученых и принималось на веру почти две тысячи лет. В одном Гиппократ был прав: причины погружения человека в мир сновидений нужно было искать в голове.
И вот наступил ХХ век. В Германии в клинику профессора Штрюмпеля поступает больной, частично потерявший в результате травмы зрение и слух, — оглох на одно ухо и ослеп на один глаз. Врачи подметили, что, когда оба оставшихся «окна в мир» закрывали, больной засыпал. Знаменитый физиолог Павлов заинтересовался этими наблюдениями и решил провести подобные эксперименты на своих любимых подопечных — собаках. Он установил, что если исключить постоянный приток импульсов от органов чувств в кору больших полушарий, то наступает сон. Ученый исследовал также и воздействия монотонных раздражителей, многократно повторяя легкие прикосновения к коже бедра задней лапы. Они практически всегда усыпляли животных, и это дало исследователю право полагать, что сон представляет собой широко распространившееся по коре больших полушарий условное торможение, которое призвано защищать мозг собак от чрезмерно частых повторений какого-либо раздражения.
Следующим шагом на пути преодоления тайн сна стало появление метода электроэнцефалографии (ЭЭГ). В 1905 году немецкий физиолог Ганс Бергер впервые зарегистрировал у человека, находящегося в спокойном состоянии с закрытыми глазами, синусоидальные колебания электрического потенциала с частотой 8−11 Гц, наиболее выраженные в затылочных областях головного мозга. Эти колебания получили название альфа-ритма.
Центр бодрости
Структуры мозгового ствола кошки, отвечающие за состояние бодрствования, описали еще в конце XIX века Владимир Бехтерев и Сантьяго Рамон-и-Кахаль, которые увидели рассеянное скопление нейронов, пронизанное нервными волокнами, в середине ствола мозга. А вот зачем нужна эта формация, итальянский нейробиолог Джузеппе Моруцци и американский нейролог Хорас Мэгун установили только во второй половине ХХ века. Они назвали эту структуру ретикулярной формацией («ретикула» на латыни означает «сеть»). Именно в мозговом стволе располагаются ядра, которые концентрируют в себе все импульсы от чувствительных рецепторов, идущие в мозг. Длинные отростки (аксоны) нейронов ретикулярной формации соединены с корой больших полушарий и с нейронами спинного мозга. В саму ретикулярную формацию также идут нервные волокна от коры и от спинного мозга, так что образуется сложная система с обратной связью. Сигналы от ретикулярной формации (ретикулярный разряд) запускают механизмы бодрствования в коре головного мозга, а кора в свою очередь управляет состоянием ретикулярной формации.
Ларец со сном
В 1990 году на экраны вышел фильм «Пробуждение», снятый по одноименной книге мемуаров известного психиатра Оливера Сакса. Он рассказывает о странной группе из 80 пожилых пациентов, вот уже более 40 лет страдающих от неизвестной болезни, напоминающей аутизм или болезнь Паркинсона. Пациенты Сакса были последними остававшимися в живых жертвами загадочной эпидемии, внезапно начавшейся в Европе зимой 1916−1917 годов, перекинувшейся затем на весь мир и унесшей в период после Первой мировой войны жизни 5 млн человек. Заболевшие погружались во внезапную апатию и страдали от высокой температуры, нарушений зрения и галлюцинаций. Затем болезнь переходила в хроническую форму и сопровождалась огромным количеством разнообразных клинических проявлений. Но у всех форм была одна общая черта — расстройство сна. Этот факт показался интересным венскому неврологу барону Константину фон Экономо. Он обнаружил, что одни больные спят слишком много, неделями, месяцами, просыпаясь лишь для того, чтобы попить и поесть, тогда как другие полностью теряли сон. На вскрытиях ученый обнаруживал похожую анатомическую картину: на определенном участке промежуточного мозга у пациентов наблюдалась массовое отмирание нервных клеток.
Этот участок мозга называется гипоталамусом, так как расположен под таламусом — областью мозга, перераспределяющей сигналы от органов чувств. Если бы мы могли вставить указательный палец прямо в голову на уровне переносицы, то уперлись бы именно в ту ямку, где он разместился, — «турецкое седло». Гипоталамус — один из важнейших центров, управляющих вегетативной нервной системой, регулирует, в частности, температуру тела, кровяное давление, аппетит, сексуальную потребность и жажду. Всего этого Экономо, разумеется, не знал. Однако он заподозрил, что здесь должен находиться центр, управляющий сном. «Видимо, — заключил исследователь, — эти клетки делают что-то, благодаря чему мы засыпаем».
Сейчас благодаря исследованиям Клифорда Сейпера из Гарвардского университета в Бостоне стало известно, что в гипоталамусе действительно есть специальный участок, который активизируется при засыпании, — вентролатеральная преоптическая область (ВЛПО). Аксоны нейронов из ВЛПО идут вниз, в области, которые поддерживают бодрствование. И наоборот, чтобы не дать нам заснуть, центру бодрости нужно иметь связь с гипоталамусом, так что нервные волокна идут и снизу вверх.
Сейпер и его коллеги сделали следующий вывод: клетки в передней части гипоталамуса представляют собой центр засыпания, который с помощью своих аксонов подавляет центры бодрствования в стволе мозга, включающем средний мозг и мост мозга. Этот процесс в конечном счете приводит к засыпанию. «Возможно, это и есть ключ ко всему механизму, который через гипоталамус управляет состоянием сна и бодрствования», — писал невролог. Так в 2005 году появилась современная концепция сна, которую Сейпер опубликовал в своей статье в журнале Nature. Согласно этой концепции, вся «сонная система» представляет собой сеть из нескольких взаимосвязанных между собой узлов, переключающихся особым образом в определенные моменты времени и регулирующих сон и бодрствование.
Мозговое противоборство
Первая часть общей системы «сон-бодрствование» — тормозящая система. Это ВЛПО в переднем гипоталамусе, от которой к системе бодрствования направляется волна торможения, и это приводит к переводу мозга в «спящий режим». С точки зрения биохимии главной «тормозной жидкостью» системы является гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Воздействуя на специальные рецепторы, она подавляет активность нейронов. ГАМК-рецепторы — это канал в мембране клетки, окруженный большими белковыми молекулами, которые могут менять свою пространственную структуру (условно говоря, «разворачиваться» или «сворачиваться»). При связывании ГАМК с рецепторами просвет канала увеличивается, через него проходит больше ионов хлора, что приводит к снижению электропроводимости мембраны клетки — делает ее менее чувствительной к электрическим воздействиям. А это приводит к угнетению импульсной активности — клетка «снижает обороты» с резвого «галопа» до спокойного «шага».
Есть и другие нейромедиаторы (дофамин, серотонин и другие), но они связаны с иными процессами в мозгу. Тем не менее существует еще один специфический сонный нейромедиатор. В боковом (латеральном) гипоталамусе находится несколько десятков тысяч нервных клеток, вырабатывающих особый нейромедиатор орексин (гипокретин). Это вещество биохимики выделили только в 1998 году. Если орексина слишком мало или если в мозгу не хватает соответствующих ему молекул-рецепторов, возникает редкая болезнь — нарколепсия, которая характеризуется внезапными приступами сонливости и засыпания.
День, ночь — сутки прочь
Однако это только часть механизма сна. Как и вся живая природа, люди живут в соответствии с собственными внутренними ритмами, которые завязаны на циклы смены дня и ночи. Есть время, когда человек предрасположен ко сну, а есть время для активной работы. У организма есть «биологические часы» — мелатонинергическая система. Главные игроки в ней — супрахиазмальные ядра гипоталамуса и шишковидное тело (эпифиз), находящиеся в промежуточном отделе мозга.
Когда на сетчатку глаза попадает свет, информация об этом идет в супрахиазмальные ядра гипоталамуса (малые часы), и потом, пройдя длинный путь, попадает в шишковидное тело, или так называемый третий глаз, который служит очень многим животным, к примеру рептилиям и птицам, детектором уровня освещенности. У человека в процессе эволюции большие полушария мозга значительно увеличились, закрыв эпифиз, и он потерял связь со светом. Пришлось природе «придумывать» весь этот сложный и существующий ныне путь регуляции синтеза «сонного» гормона.
В эпифизе производится мелатонин — гормон ночи и темноты. Когда вечером снижается уровень освещенности, начинается выработка мелатонина, передающего клеткам сигнал об «окончании рабочего дня». Основная его функция — тормозное воздействие на супрахиазмальные ядра, через которые осуществляется активация систем бодрствования.
Этот процесс можно сравнить с работой термостата, поддерживающего в холодильнике определенную температуру. Чем дольше мы живем активной жизнью, тем с большей силой центр засыпания испытывает потребность щелкнуть переключателем на сон. Чем дольше мы спим, тем меньше потребность в сне, так что в какой-то момент система бодрствования берет верх, и мы просыпаемся и чувствуем, что выспались. Такая модель регуляции называется двухфакторной, и разработал ее в 1982 году заведующий отделением психофармакологии и сомнологии Цюрихского университета Александр Борбели. Согласно ей наша потребность в сне в определенный момент времени есть результат взаимодействия хронобиологических и гомеостатических (поддерживающих внутреннее равновесие) факторов. Эти компоненты ученый назвал процессом S и процессом С. Процесс S — гомеостатическая составляющая потребности в сне, а процесс С — влияние внутренних часов, главная задача которых — оставить для долгого сна именно ночь.
«Процесс S, напротив, напоминает песочные часы, — говорит Борбели. — Во время бодрствования песок пересыпается сверху в нижний сосуд, при засыпании часы переворачиваются». Поэтому для ощущения хорошего отдыха важно не только то, сколько времени подряд мы проспали, но и то, сколько времени мы потратили в течение дня, чтобы сформировать составляющую S. А это имеет неплохое практическое применение, известное многим: если вы знаете, что в ближайшую ночь вам не удастся выспаться, можно попробовать поспать заранее в середине предыдущего дня. И тогда вы будете чувствовать себя намного лучше.
И это только поверхностный взгляд на систему, ответственную за сон. Как говорит сомнолог из Регенсбурга Юрген Цулли, «сон — это не покой, это другое бодрствование».
Сеть регуляции сна функционирует как триггер без промежуточных положений. Такой механизм возможен благодаря взаимной блокировке центров засыпания и пробуждения. Как только одна из сторон получает преимущество, вся система моментально переходит в противоположное состояние. Чтобы она не переключалась поминутно туда-обратно, орексин возбуждает все центры бодрствования, не подавляя при этом центр сна. Этот небольшой дисбаланс осложняет переключение как раз настолько, чтобы мы относительно редко переходили от сна к бодрствованию и наоборот. Для перехода ко сну необходимо, чтобы система возбуждения ослабла, а активность центра сна усилилась. Этот медленный процесс знаком каждому как постепенно нарастающее утомление.
Ася Казанцева: Зачем нужно спать и как делать это правильно
Спойлер — нейробиологи не знают точно, зачем спать, и постоянно меняют мнение о том, как правильно спать. Если бы у меня было всего 30 секунд, то я бы рассказала, что:
Под катом конспект на 7 минут чтения часового выступления про сон Аси Казанцевой «Зачем нужно спать и как делать это правильно». Еще один поинт в копилку полезных материалов про сон — Sleep Hackers.
Промотать к видео
Как животные спят
Ученые предполагают, что спят все млекопитающие, все позвоночные. Беспозвоночные не спят в привычном нам смысле, но у них тоже есть циклы активности.
Сон резко повышает вероятность быть съеденным, так что избавление от сна было бы сильным эволюционным преимуществом. Но так не произошло.
Есть вариабельность длительности сна в зависимости от места пищевой цепочке. Льву, у которого нет естественных врагов, нормально поймать добычу и спать по 18 часов, спокойно переваривая обед. А лошади или другому крупному копытному приходится спать по 2 часа в сутки, причем основную часть времени на ногах. Спят лежа они по 15 минут, только из-за фазы быстрого сна, когда парализована активность мышц. Делают это копытные в окружении бодрствующих сородичей.
Долго ученые думали, что акулы не спят, т.к. из-за физиологии им необходимо двигаться и создавать поток воды, чтобы жабры фильтровали кислород. В последнее время дайверы находят морские пещеры с подводными течениями, где на дне лежат акулы. Потоки воды промывают их жабры. Энцефалограмму с акулы никто не снимал, но похоже, что акулы так спят. Некоторые исследователи считают, что за плавание у акул отвечает спинной мозг, так что они могут и плавать и спать головным мозгом (дополнение автора).
Дельфины и киты вообще спят половинками мозга, чтобы не утонуть.
Классическое исследование депривации сна на мышах
Ссылка на учебник, откуда иллюстрация.
Мыши живут на вращающейся платформе, в одинаковых условиях, им в мозг вживляют электроды. Одной дают спать, другой нет. Та, что спит живет на платформе не очень весело, но долго. Та, что не спит, начинает много есть, худеет и умирает через месяц.
Не всегда понятно, почему мышка умерла. У нее поврежден мозг, но не на столько, чтобы умирать от этого. У нее угнетена иммунная система, но в лаборатории можно создать стерильную среду без бактерий.
На людях такие эксперименты не проводили.
Последствия недостатка сна у людей
По данных американской ассоциации сна 1,5 тысячи человек гибнут от недостатка сна на дорогах. Всего происходит около 100 000 ДТП в год из-за недосыпа, в них 70 000 людей получают травмы.
Недостаток сна сильно снижает скорость реакции. Человек еще может вести автомобиль, но не сможет правильно или своевременно отреагировать на внештатную ситуацию.
Люди толстеют от недостатка сна. Из-за недостатка сна у человека снижается чувствительность к инсулину. Этот гормон помогает усваивать глюкозу из крови. Если инсулин есть, но клетки на него не реагируют, они не усваивают глюкозу, отправляют сигнал, что они «голодные» и человек переедает.
Это еще грозит диабетом второго типа, когда клетки не реагируют правильно на инсулин, отправляют сигнал, что нужно больше инсулина, поджелудочная начинает вырабатывать больше инсулина, поджелудочная истощается, выработка инсулина прекращается и человеку приходится делать инъекции инсулина.
Мелатонин
Гормон, который вырабатывается, когда мы спим в темноте. На мелатонин завязано восстановление организма и правильная работа иммунной системы.
Иммунная система борется не только с бактериями и вирусами. Она еще уничтожает раковые клетки организма. В норме почти в любом организме есть небольшое количество раковых клеток, которые иммунная система вскоре убьет. Рак же начинается, если иммунная система по каким-то причинам вовремя не заметила раковые клетки и они сильно разрослись. Вероятность раковых заболеваний повышается, если человек не спит или спит при свете.
Гормон роста
Сон важен детям из-за выработки гормона роста. Но у взрослых гормон роста отвечает за восстановление и мелкий «ремонт» — заживление ран, к примеру.
На животных проводили эксперименты, из-за лишения сна они медленнее заживляют раны.
Если вы делаете прививку, то у вас должны начать вырабатываться антитела. Когда группа добровольцев во имя науки недосыпала после прививки, то через 3 недели анализы показали, что прививка им не помогла — организм не смог выработать достаточное количество антител. Эта часть добровольцев иммунитет против заболеваний не выработала.
Если вы не спите начинаются проблемы с иммунитетом, интеллектом и обменом веществ. Но это не отвечает на вопрос зачем спать и какова основная функция сна.
Обработка информации
Т.к. мы спим «мозгом», можно предположить, что спим мы для мозга.
Современный нейробиологический мейнстрим думает, что сон нужен для обработки информации, и перехода информации из кратковременной памяти в долговременную.
Было исследование 2009 года, крыс учили проходить лабиринт, а когда они засыпали, сканировали мозг крысы и видели, что мозг последовательно активировал те же участки, что и при прохождении лабиринта.
Вот тут есть большой обзор исследований по теме сна.
Стадии сна
Пожилым людям (60+) тяжелее погрузиться в стадию медленно-волнового сна. Некоторые исследователи думают, что возрастные проблемы с памятью могут быть из-за этого.
Лиза Маршалл попробовала с помощью транскраниальной электрической стимуляции «помогать» мозгу запоминать информацию. [Ссылка 1], [Ссылка 2].
Участники эксперимента заучивали пары слов, проходили тестирование вечером, а потом они ложились спать с электродами на голове. Половина спала с включенными электродами, половина с выключенными. Испытуемые ничего не ощущали, волны 0,75 Гц незаметны для восприятия. Утром участники проходили тест повторно. Все показали результаты лучше, чем вечером, сон помогает запоминать. Но те, кому не включали стимуляцию, вспомнили на две пары слов больше, а те, кому включали — на пять.
До сих пор Лиза Маршалл ведет работу только с пожилыми людьми.
Медленно-волновой сон — мы спим глубоко, нам не снятся сны, понижается температура, понижается давление, замедляется сердечный ритм, замедляется обмен веществ. На этой стадии мы можем разговаривать во сне, совершать лунатические движения.
Быстро-волновой сон, он же REM/БДГ — энцефалограмма почти не отличается от состояния бодрствования. Нам снятся сны. Во время этой стадии подавлено действие префронтальной коры головного мозга, которая отвечает за силу воли, когнитивный контроль, представление о приличном. Из-за этого во сне мы часто совершаем социально-неприемлемые действия.
Во время этой стадии сна подавлены движения скелетных мышц, мышц рук и ног. С этим связан сонный паралич. Вокруг этого явления много мифов родилось.
Стадия медленно-волнового сна, судя по всему важнее для организма, она в начале сна длиннее, а быстро-волновой сон сначала совсем короткий. Для взрослого организма быстро-волновой сон не так важен. Есть антидепрессанты, у которых побочка — сильное сокращение стадии быстро-волнового сна. Люди годами их принимают и нормально себя чувствуют.
Просыпаться легче на переходе от медленного сна к быстрому и совсем легко на окончании быстрого сна.
Будильники
Есть будильники по фазам сна, но они или неудобные или ненадежные. Если это датчик на матрасе, то человек во время медленно-волнового сна может быть тоже неподвижен — точность потеряна.
Самый надежный вариант — энцефалограмма, но не каждому по душе спать в датчиках.
Есть браслеты, которые измеряют пульс, это чуть надежнее, чем просто датчик движения. Можно попробовать разные будильники и поискать подходящий.
Существуют ли совы и жаворонки
Да, научное сообщество их признает. В первую очередь это основано на опросах, где люди заполняют желаемое для них время отхода ко сну, время пробуждения, время продуктивной работы.
Плюс проводили физиологические эксперименты. Есть суточные температурные циклы. Температура тела у человека ниже всего в 4-6 часов утра, у жаворонков этот минимум наступает раньше, а у сов позже. После достижения температурного минимума организму нужно еще пару часов сна, и жаворонок может встать в 6 и чувствовать себя хорошо, а сова не может
Человек в течение жизни меняет предпочтения.
Если жить в районе, где рассвет наступает рано, а за день человек устает, то сова превращается в стабильного жаворонка. Хотя биологический жаворонок в такой ситуации ложился и вставал бы еще раньше.
Чем ближе к экватору — тем больше жаворонков. Вероятно из-за того, что там рано темнеет, а днем невозможно работать из-за жары.
Маленькие дети встают рано.
В подростковом возрасте начинается сдвиг, к 20 годам человек обычно достигает «совиного максимума» и основную часть жизни люди более склонны к совиному образу жизни.
После 50-ти лет многие вновь возвращаются к более раннему пробуждению.
Жаворонки лучше учатся в школе и университете, т.к. недосып снижает совам интеллектуальные возможности, мотивацию, внимательность, силу воли.
У сов есть некоторое преимущество в IQ, которое усиливается с возрастом. Возможно тут дело лишь в том, что когда человек сова, ему важнее стать умным, чтобы найти себе такую работу, которая позволит построить график жизни под его потребности.
Генетические биологические часы
В гипоталамусе находится супрахиазматическое ядро, которое отсчитывает суточные ритмы. Эти ритмы примерно укладываются в 24 часа.
Похоже, что совы и жаворонки появляются от того, что биологические часы спешат или отстают. Когда в мире прошло 24 часа, организм думает, что прошло 23 или 25.
Встречаются мутации в генах, которые сдвигают желание спать, к примеру, с 14 часов после пробуждения, на 15 часов. Если человека не трогать и лишить солнечного света, он может начать жить по своему ритму и каждый день ложиться на час позже, чем в прошлый раз.
Обычно солнечный свет корректирует отклонения наших часов.
Вот ссылка на статью 2019 года про влияние циркадных ритмов сердечно-сосудистые заболевания (дополнение автора).
Самая важная информация про сон
Правильный режим света поможет и нормально уснуть и легко проснуться.
Жаворонкам легче жить обычно из-за того, что они спят в темноте. Но жаворонки страдают зимой — просыпаться в темноте плохо. Мозг не понимает, что уже утро и пора активироваться, он не может подвести свои внутренние часы.
Облегчить жизнь могут очень яркие лампы на рабочем месте и прогулка в обед под солнышком.
Алкоголь помогает быстро уснуть, но поверхностно. Ночью люди часто просыпаются от отравления уксусным альдегидом.
Если у человека проблемы с бессонницей и он хочет наладить сон, ему придется отказаться от всех психостимулирующих веществ — алкоголь, кофеин, никотин.
Никотин тоже стимулирует, он конкурирует с ацетилхолином. Нейробиологи ненавидят Алана Кара за то, что он рассказывает, что вы можете спать и не курить 8 часов. Во время сна организму не нужен ацетилхолин или заменяющий его никотин. Это нормально.
Лучше спят люди, у которых физнагрузка есть, но не прямо перед сном. Если вы куда-то быстро бежали перед сном, у вас выбрасывается в кровь адреналин, которые ускоряет сердцебиение, которое перед сном должно замедляться.
Советы
Про темноту уже было выше.
Тишина — это скорее про монотонность. Многим нормально спится под монотонные звуки, вроде тиканья часов.
Осознанные сновидения
Наука их признает. Технологии есть разные, их можно найти в интернете.
Их удалось доказать т.к. осознанные сновидения происходят на стадии быстрых движений глаз. С испытуемыми в лаборатории заранее договаривались, что если им приснится осознанный сон, то они будут подавать сигналы глазами.
Это позволяет исследователям соотнести, что в момент осознанного сна показывает энцефалограмма или томограмма. В мозге в этот момент состояние между быстро-волновым сном и бодрствованием.
Во время быстро-волнового сна обычно подавления префронтальная кора. Во время осознанного сна она тоже подавлена, но не так сильно.
В лобной и теменной областях появляются гамма-волны частотой от 25 до 120 Гц. Эти волны плохо изучены, т.к. они похожи на просто сокращения мышц, и во многих приборах их просто отфильтровывают.
Но предполагается, что на частоте 25-120 Гц мозг работает над какими-то серьезными задачами и концентрируется. Такие волны не характерны для сна, но во время осознанных сновидений такие волны есть.
Урсула Восс попробовала применить транскраниальную стимуляцию переменным током, чтобы заставить людей видеть осознанные сны. Если на мозг подавали волны 25 или 40 Гц, то людям чаще снились осознанные сны.
Мы ничего не понимаем
Есть группа гипотез, которая говорит, что сон нужен, чтобы наводить в мозге порядок — накапливать полезные вещества и вымывать неполезные.
Не понятны все механизмы, которые связывают сон с работой иммунной и эндокринной систем.
Сон продолжает оставаться огромной загадкой в нейробиологии. Но ни один нейробиолог не сомневается, что спать важно.
Если вы хотите быть умным и здоровым — спите хорошо.
Вопросы
Методики полифазного сна работают?
Если ваши циклы 1,5 часа и больше, да. Если вы будете спать меньше, то вы не будете успевать до быстроволновой фазы, это частично нарушит обработку информации.
Детям и подросткам не стоит экспериментировать, им важно спать достаточно. Если крысиным детям не давать спать достаточно, то они вырастают злобными, несчастными, глупыми взрослыми, склонными к риску и не интересующимися самками крыс (Я не уверена, что сейчас все еще про крыс).
Какие витамины принимать людям, которые вынуждены скакать по биоритмам?
У меня много перелетов, я сапожник без сапог и у меня нет правильного режима сна. Я принимаю витамины группы B. Витамины группы В нужны для работы нервной системы, их часто добавляют в энергетики. Особенно важны они для людей, которые едят мало мяса и животных продуктов.
Но лучше, чтобы любые препараты подбирал врач после пары ночей в его лаборатории.
А можно спать по 4 часа?
Большинству взрослых людей необходимо 4-5-6 циклов сна. Это от 6 до 9 часов сна, чаще всего. Если вы не будете досыпать регулярно, вы будете чувствовать себя плохо.
Можно переломить биоритм и из совы стать жаворонком, но нельзя переломить нужду организма в определенном количестве циклов сна в день.
Обучение во сне — реальность?
Нет, это миф. Судя по исследованиям, у нас во сне слишком подавлены сенсорные системы и сигналы для мозга не доходят, так что обучение во сне не работает.