Люди тратят почти треть своей жизни на сон. Депривация сна заставит быть психотиком и, в конце концов, убьет вас. Понятно, что сон имеет решающее значение для способности организма функционировать.
Но никто не знает, что на самом деле делает сон.
«Очевидно, почему нам нужно есть, например, и воспроизводиться … но непонятно, зачем нам вообще спать», — сказал доктор Майкл Халасса, невролог из Нью-Йоркского университета.
Мы находимся в уязвимом положении, когда спим, независимо от сна, это риск того, что мозг будет в основном отключен. Существует несколько теорий о том, что такое сон и почему мы спим, и хотя ни одна из них не является абсолютно твердой, некоторые пытаются объяснить, что происходит каждую ночь, проводя исследования по темам, начиная от клеточных процессов и заканчивая познанием. Исследователи говорят, что сон является ключом к способности мозга реорганизовать себя — особенность, называемая пластичностью.
Стадии сна
Нетрудно доказать, что сон важен. Крысы, полностью лишенные сна, умирают в течение двух или трех недель, согласно исследованиям Университета Чикаго. По очевидным причинам никто не делал подобных экспериментов на людях, но исследование 2014 года, опубликованное в The Journal of Neuroscience, показало, что простое 24-часовое лишение сна привело к тому, что здоровые люди имели галлюцинации и другие симптомы шизофрении.
Одна из причин, по которым трудно понять, что такое сон и зачем мы спим, в том, что сон действительно довольно сложно изолировать и изучить. Исследования депривации сна являются наиболее распространенным способом изучения сна, но лишение живого существа сна нарушает многие из его биологических систем. Трудно сказать, какие результаты напрямую связаны с лишением сна, а не, скажем, стрессом.
Также трудно понять, что мозг может делать разные вещи во время двух основных этапов сна. По мере засыпания, спящие проходят через медленные небыстрое движение глаз и быстрое движение глаз. Первая стадия отмечается медленными мозговыми волнами, называемыми тета-дельта-волнами. Напротив, электрическая активность мозга во время второй стадии выглядит так же, когда человек бодрствует, но мышцы тела парализованы. (Если вы когда-либо испытывали паралич сна, это потому, что вы проснулись от сна в стадии быстрого движения глаз до того, как этот паралич закончился).
Исследования выявили различия в биологии мозга на этих разных этапах. Например, во время сна, не связанного с фазой быстрого движения глаз, организм высвобождает гормон роста, согласно обзору биологии сна, опубликованному Франком в обзоре 2006 года в обзоре журнала Neurosciences. Также во время фазы медленного движения синтез некоторых мозговых белков увеличивается, и некоторые гены, участвующие в синтезе белка, становятся более активными. А во время быстрой фазы не наблюдается какого-либо увеличения активности белка.
Что мы знаем о сне?
Один вывод, который возник из исследования сна, заключается в том, что сон, по-видимому, в значительной степени является фокусом, ориентированным на мозг. Хотя лишение сна влияет на иммунную систему и изменяет уровни гормонов в организме, его наиболее последовательное воздействие на живых существ находится в мозге.
На центральную нервную систему всегда влияет сон. Возможно, были и другие вещи, которые эволюция добавила к основной функции сна, но она имеет какое-то отношение к мозгу.
На самом деле есть некоторые свидетельства, что сон — это то, что делают нейроны, когда они подключены к сети. Даже сети нейронов, выращенные в лаборатории, демонстрируют стадии активности и бездеятельности, которые напоминают пробуждение и сон. Это может означать, что сон возникает естественным образом, когда одиночные нейроны начинают работать вместе.
Это может объяснить, почему даже самые простые организмы проявляют сно-подобное поведение. Даже Caenorhabditis elegans, крошечный червь только с 302 нейронами, проходит через тихие, летаргические периоды, которые выглядят как сон. Возможно, первые простые нервные системы, которые развивались, проявили эти спокойные периоды, и по мере того как мозг становился все более сложным, состояние бездействия также должно было усложняться.
Было бы очень невыгодно иметь сложный мозг, подобный нашему, где разные части засыпают и выходят из сна, поэтому нужно иметь какой-то способ организовать этот процесс.
Что происходит во время сна?
Но идея о том, что сон является естественным свойством сетей нейронов, на самом деле не объясняет, что происходит во время сна. На этом фронте ученые имеют ряд теорий. Одна из них в том, что, согласно обзору 2016 года в журнале Sleep Medicine Reviews, сон восстанавливает энергию мозга. Во время медленной фазы мозг потребляет только около половины глюкозы, как это происходит, когда человек бодрствует. (Глюкоза — это сахар, сжигаемый клетками, чтобы выделять энергию).
Но если идея о том, что сон восстанавливает энергию мозга, верна, связь между сном и потреблением энергии мозгом не проста. Например, во время лишения сна использование мозгом источника энергии, называемого гликогеном, увеличивается в некоторых частях мозга, но уменьшается в других. Для понимания этого необходимы дополнительные исследования.
Другая идея заключается в том, что сон может позволить мозгу очищать токсичные продукты, производимые, когда мы бодрствуем. Мозг — огромный потребитель энергии, а это означает, что он также производит много отходов. Некоторые недавние исследования показывают, что сон — это время, когда мозг самоочищается. Но это может быть не самое важное, что делает сон.
Наиболее перспективной теорией сна пока является то, что он играет важную роль в связности и пластичности мозга. Пластичность связана с обучением и памятью. Хотя точно неясно, как много доказательств свидетельствует о том, что потеря сна может вызвать проблемы с памятью, особенно с рабочей памятью, процессом, который позволяет людям легко хранить информацию при решении проблемы. Люди, которые лишены сна, борются с выбором того, на что обратить внимание и регулировать свои эмоции.
Один из способов сна может повлиять на пластичность мозга — это воздействие на синапсы или связи между нейронами. Исследования показали, что, когда животные изучают новую задачу, их нейроны, укрепляют синаптические связи, участвующие в изучении этой задачи во время следующего цикла сна. В экспериментах, где исследователи накладывают повязку на один глаз животного, мозговые схемы, связанные с визуальной информацией из этого глаза, ослабли в течение нескольких часов. Однако сон в быстрой стадии усилил схемы, связанные с другим глазом, что указывает использование мозгом сна для адаптации к изменениям входящего сигнала.
Это может означать, что в основе сна может быть цель для клеток мозга, один из результатов которой — это пластическое изменение.
В будущем исследования клеток глии может приблизить понимание, что такое сон. Эти клетки мозга, чье имя буквально означает «клей», когда-то считались в значительной степени инертными, но недавно были открыты ряд их функций. Клетки глии превосходят нейроны в 3 раза. Они могут контролировать поток цереброспинальной жидкости по всему мозгу, что может, например, привести к очистке метаболических отходов во время сна.
