Карл Циммер
Ученые ищут ответ в истории эволюцииВ террариумах лаборатории университета штата Индиана живут безмятежно с десяток зеленых игуан. Часами они греются в лучах инфракрасных ламп, а по ночам закрывают по оба глаза. Иногда, правда, по одному. Их жизнь не отличается от той, которую ведут обычные домашние игуаны, за одним важным исключением: к их головам подсоединены пучки проводов, ведущих к датчикам работы мозга.
Ученые университета хотят выяснить, что происходит в мозгу игуан, когда свет не горит. Спят ли они также как мы? Полностью ли отключается их мозг, или половина его бодрствует? Исследователи надеются, что игуаны помогут дать ответ и на более фундаментальный вопрос: для чего все-таки существует сон?
"Интерес науки к проблемам сна огромен, но на самом деле мы еще не знаем, что это такое", - говорит Стивен Лима, биолог из университета Индианы.
Доктор Лима принадлежит к небольшой, но растущей, группе ученых, которые проводят глубокие исследования сна в царстве животных. Они предполагают, что большинство видов нуждаются во сне и что эволюция сна продолжается уже более полумиллиарда лет.
Современные животные спят очень по-разному. Например, крыса-пасюк спит 20 часов в сутки, а жираф – менее двух. Для того чтобы понять, почему люди спят именно так, как они это делают, ученым надо найти объяснение поведению миллионов других видов, которые также спят.
"Одна из причин, не позволивших нам понять природу сна, состоит в том, что мы не рассматривали проблему в преломлении эволюции", - говорит доктор Лима.
Долгое время считалось, что спят только позвоночные, но недавно ученые выяснили, что такие беспозвоночные, как пчелы и раки также спят. Самая большая работа была проделана с дрозофилами. "Они отдыхают по 10 часов за ночь, а если заставить их бодрствовать дольше, они захотят доспать", - говорит доктор Гуилио Тонони, психиатр из Висконсинского университета.
Аналогии между дрозофилами и людьми можно проводить вплоть до нервных клеток. В течение части ночи оба вида проявляют низкочастотную электрическую активность, получившую название медленноволнового сна.
"Удивительно, но во многом мухи очень похожи на нас", - говорит доктор Тонони.
Узнав, что спят как позвоночные, так и беспозвоночные, ученые пришли к выводу о том, что сон появился на очень ранних стадиях эволюции животных, возможно 600 миллионов лет назад. "Наше поведение во сне – очень древнее эволюционное явление", - говорит доктор Лима.
У ученых есть много соображений по поводу изначальной функции сна. По мнению доктора Тонони, он возник как средство дать нервным клеткам отдохнуть после "тяжелого учебного дня". "Бодрствуя, мы все время узнаем что-то новое, сознательно или бессознательно", - говорит он.
Познание укрепляет связь между клетками, так называемый синапсис, и даже создает новые такие связи. Вместе с тем, синапсис требует много дополнительной энергии. "Это означает, что к концу дня мозг потребляет больше энергии, - говорит доктор Тонини. – Теперь-то и нужно поспать".
Он утверждает, что "медленный сон" ослабляет синапсис в течение ночи. "Даже если все связи ослабевают, мы все равно кое-что помним, но в целом напряженность спадает, - говорит он. – На утро у нас больше свободной энергии, выше трудоспособность".
Предшественники человека стали отличаться от предшественников мух почти 600 миллионов лет назад. По мере их эволюции эволюционировал и их сон. Люди спят не только медленноволновым сном, в некоторые периоды сна мы часто моргаем, в это время нам снятся сны. Этот так называемый "быстрый сон" обычно приходит к концу ночи, после периодов глубокого медленноволнового сна.
Другие млекопитающие, а также птицы, спят подобным образом. Исследователи намерены выяснить, существовали ли эти общие признаки у общих предшественников птиц и млекопитающих, а также у рептилий, живших 310 миллионов лет назад. Возможно также, что у птиц и млекопитающих такая структура сна развивалась независимо, подобно тому, как у птиц и летучих мышей выросли крылья, а у млекопитающих нет.
Не исключено, что ответ на этот вопрос поможет ученым понять, почему существует "быстрый сон". Они давно обсуждают, зачем он нужен, предполагая, что он играет важную роль в работе памяти и познания. В одном из октябрьских номеров журнала Nature Джером Зигель, эксперт по вопросам сна из Калифорнийского университета, утверждал, что "быстрый сон" физиологически мене важен, чем медленноволновый. Он отмечает, что травмы мозга и даже антидепрессанты могут резко сократить период "быстрого сна" без каких-либо видимых побочных эффектов.
По мнению доктора Тонони, что, в конечном счете, изучение животных поможет врачам найти более эффективные способы лечения расстройств сна. "Не существует приемлемых рекомендаций по вопросу здорового сна, поскольку совершенно неизвестно, что это такое, - говорит он. – Достаточно ли вздремнуть семь часов? Что важнее, глубокий сон или "быстрый" - неизвестно".
"Вполне возможно, что вам достаточно спать меньше, чем вы сейчас спите, лишь бы сон выполнил свою задачу. Поэтому критически важно понять, в чем эта задача состоит", - добавляет доктор Тонони.
Почему нас тянет в сон?
Ученые исследуют сон животных в надежде ответить на фундаментальный вопрос: зачем существует сон?
| Животное | Спит в сутки, часов | Доля "быстрого сна" | Состояние глаз во сне |
| Мешотчатый прыгун | 20.1 | 16% | Оба закрыты |
| Крыса-пасюк | 19.9 | 10% | |
| Опоссум | 19.4 | 29% | |
| Трехполосый дурукули | 17.0 | 11% | |
| Сумчатая крыса | 16.0 | 17% | |
| Тупайя обыконовенная | 15.8 | 16% | |
| Зебровая амадина | 14.7 | 2% | Иногда один открыт |
| Суслик | 14.5 | 19% | |
| Горный бобр | 14.4 | 17% | |
| Кроличья сова | 14.3 | 5% | |
| Кошка | 13.2 | 26% | |
| Шиншилла | 12.5 | 12% | |
| Голубь | 11.9 | 8% | |
| Домашний цыпленок | 11.8 | 10% | |
| Макак-резус | 10.8 | 12% | |
| Шимпанзе | 10.8 | 15% | |
| Собака | 10.7 | 29% | |
| Трехпалый ленивец | 10.5 | 11% | |
| Императорский пингвин | 10.5 | 13% | |
| Еж | 10.1 | 29% | |
| Дрозофила | 10.0 | 0% | Нет век |
| Утка | 9.1 | 16% | |
| Кролик | 8.7 | 14% | |
| Свинья | 8.4 | 26% | |
| Куропатка | 6.6 | 17% | |
| Индийский слон | 5.3 | 34% | |
| Краснохвостый сарыч (ястреб) | 4.5 | 9% | |
| Корова | 4.0 | 19% | |
| Лошадь | 2.9 | 27% | |
| Жираф | 1.9 | 21% |
Источники: Dr. Charles Amlaner, Indiana State University; Jerry Siegel, UCLA; Dr. Giulio Tononi, University of Washington
Публикуется с сокращениями с разрешения The New York Times News Service and Syndicate Co.
Оригинал сообщения находится на сайте
Сна. Что происходит, когда мы спим? Почему люди спят?
Если предположить, что средняя продолжительность жизни человека составляет 67 лет, то в состоянии сна, он проведет 208 тысяч часов и это немного больше 20 лет в спящем состоянии - 33% всей жизни. Это при условии, что вы будете спать, 8 часов в сутки. Эти цифры приблизительны, но даже учитывая все неточности они впечатляют.
1/3 своей жизни мы жертвуем на сон, и для этого должны быть веские причины? Зачем люди столько спят, и что произойдет, если (теоретически) мы откажемся от сна...
Что происходит, когда мы спим?
Существует всего 5 стадий сна. Что же происходит на каждом этапе:
Сон, как описано вначале, составляет значительную часть нашей жизни. Если вы посмотрите на изображение выше, вы можете увидеть циклы, через который проходит человек во время сна. В среднем человек завершает три цикла сна в одну ночь. Все зависит от состояния вашего собственного тела, количество циклов может варьироваться от одного до четырех или пяти.
Прежде чем объяснить, что происходит на каждом этапе, стоит, объяснить, как происходит процесс тестирования сна. Наблюдая за электрическими импульсами в головном мозге, можно определить, на какой стадии, находится человек во время сна. Пять различных этапов провоцируют различные мозговые волны. Важно понимать эти мозговые волны для того чтобы оценить, что происходит на каждом из этапов.
Рассмотрим следующую диаграмму:
Теперь подробнее:
Этап 0
– сонливость
Очень часто этот этап не включают в диаграммы. Это этап, когда человек все полностью осознает, но чувствует сонливость.
Этап 1 – очень легкий сон (дремота) - состояние человека находящегося в плену Грёз, мечтаний. На этом этапе мысли находятся в блуждающем состоянии. Мозговые волны, состоят главным образом из тета волн, а иногда и альфа волн.
Этап 2 – легкий сон. На этой стадии мозговая активность меняется незначительно. Вершины волны становятся выше и немного больше случайных. Иногда происходят резкие и внезапные всплески активности которые называются (K-комплексы), именно они приводят к возникновению блестящих идей. . На 2 этапе Пульс замедляется и температура тела слегка понижается.
Этап 3 и 4
– это состояния глубокого сна и очень глубокого сна.
Мозговые волны во время этих этапов, намного выше но их частотность намного ниже. В стадии 3 около 25% от мозговых волн - это дельта волны (а остальную часть составляют тета волны). На 4 стадии разбудить кого-то, очень сложно, но если вам все же удастся разбудить несчастного, он будут очень раздражен и недоволен. На этой стадии, кровоток в мозге уменьшается, именно на этом этапе происходит восстановление организма и затраченной человеком энергии в течении дня.
этап 5 REM сон - это время ярких сновидений. На этом этапе тело человека парализовано. Мозговые волны состоят из бета волн, которые также присутствуют когда человек только просыпается. Мозг очень активен. Состояние характеризуется быстрыми движениями глаз, а иногда и мышечными судорогами. Если человек проснется на этом этапе, он с вероятностью в 100% сможет отчетливо рассказать о своих сновидениях.
Почему люди спят?
В психологии, существует ряд теорий относительно того, почему мы спим:
Нам нужно время, чтобы восстановиться и «перезагрузиться» сон это источник энергии.
Исследования показывают, что рост и развития происходит во время сна.
Сон необходим для объединения информации полученной человеком в течении дня. Без сна, мы не способны обрабатывать и запоминать нужное количество информации. Нам нужно спать, чтобы остаться в хорошем настроении. Без сна люди становятся раздражительными и неадекватными.
Что произойдет, если мы не будем спать?
Изучая психологию сна, с помощью крыс, учёными было обнаружено, что нехватка сна фактически может привести к летальному исходу. Но, если за подопытного взять человека, то у него сперва замедлится речь и реакция, после он прекратит реагировать на любые эмоциональные стимулы. Если же человек лишен сна, очень долго, он будут погружён в «микро сон», состояние, при котором мозг отключается на 5-10 секунд, а затем " включается снова ". Это очень опасно, и если у человека, острая нехватка сна, могут начаться галлюцинации. Мозг отчаянно будет пытается войти в состояние сна. В конечном итоге человек может не выжить...
Спите спокойно и приятных вам сновидений!
читайте продолжение.
Треть своей жизни мы спим. При этом мы не достигаем карьерных вершин и пребываем в беззащитном состоянии. С позиции жизненных амбиций, сон – занятие бесполезное, однако нет ни одного человека, который бы не спал.
Когда появился сон?
Долгое время считалось, что спят только беспозвоночные, однако последние исследования, проводившиеся в научном сообществе, доказали, что спят даже раки и пчелы. Cегодня ученые уже не сомневаются, что сон как эволюционный механизм появился очень давно, примерно 600 миллионов лет назад. По мнению доктора Гуилио Тонони, психиатра из Висконсинского университета, сон возник как средство для отдыха нервных клеток после «тяжелого учебного дня».
Кровь к голове
До начала XX века серьезных исследований в области сомнологии не проводилось. В XIX веке среди физиологов была популярна теория, что человек засыпает тогда, когда у человека кровь отливает от головы, мозгу перестает хватать питания и в нем включаются процессы торможения.
Сторонником этой теории был французский физиолог Моссо. Он даже проводил опыты на кровати-качели. Через некоторое время после того, как человек засыпал в ней в горизонтальном положении, её изголовье приподнималось, что подтверждало теорию, однако потом напротив – поднималось изножье кровати, что теорию опровергало.
Более точными методами определения того, почему человек засыпает, в то время ученые ещё не обладали.
Свобода и «сонный яд»
По теории Фрейда, потребность во сне запрограммирована, и сон – это естественный механизм, который позволяет человеку уйти от внешнего мира в царство свободы, вернуться в «лоно матери». Также по Фрейду сон – способ усвоить приобретенную за день информацию и восстановить психическое равновесие.
Другие психологи, французы Лежандр и Пьерон, стали авторами более физиологичной теории потребности человека во сне. По их мнению, человек засыпает под влиянием гипнотоксина – «сонного яда», который накапливается в организме в течение дня, а во время сна нейтрализуется.
Лежандр и Пьерон проводили эксперименты на собаках. Собаке не давали спать. Когда животное в конце концов умирало от недосыпания, в его мозгу действительно находили изменения, похожие на следы отравления. Больше того, когда ученые переливали кровь невыспавшейся собаки собаке выспавшейся, вторая проявляла признаки сонного поведения и засыпала.
Несмотря на все усилия ученых выделить этот гипотетический «сонный яд», у них этого так и не получилось.
Электричество мозга
В 1937 году сомнология сделала большой шаг вперед: Альфред Лумнис впервые предложил классификацию стадий сна, основанную на показаниях электроэнцефалограммы.
Ученый выделил четыре фазы сна, и только в 1953 году американские ученые Натаниэл Клейтман и Юджин Азерински открыли пятую стадию сна, названную «быстрым» сном. Такое название эта фаза сна получила на основании наблюдений за спящим – глазные яблоки быстро двигаются под неприкрытыми веками, руки и ноги эпизодически подергиваются. При этом биоэлектрическая активность мозга сильно напоминает период бодрствования.
За время ночи проходит обычно 4-6 циклов сна, средняя продолжительность цикла у взрослых людей 90 минут, у детей – час.
Зачем же мы спим?
Несмотря на то, что во время сна организм как будто бездействует, он по-прежнему работает, в нем происходит масса изменений, как на биохимическом, так и на нейронном уровне.
Во время сна дыхание становится в 2-2,5 раза менее глубоким, замедляется сердечный ритм, уменьшается секреция гормонов стресса адреналина и кортизола, усиливается выработка соматотропного гормона и мелатонина.
В мозгу человека условно можно выделить 10 главных центров, отвечающих за сон и бодрствование (в пропорции 2/8). Центры сна содержат такие универсальные тормозящие вещества как гамма-аминомасляная кислота и пептид галанин.
Человек испытывает сонливость, когда центры сна начинают интенсивно работать, подавляя активность центров бодрствования, в том же время корковые нейроны мозга переходят на уровень электрической активности, свойственный для состояния медленной фазы сна.
Главную роль в переходе из состояния бодрствования в состояние медленного сна играет накопление медиатора усталости аденозина и гормона сна мелатонина, а также импульсация внутренних часов организма (супрахиазменных ядер).
Может ли человек не спать?
Не спать совсем человек, конечно, не может. Рекорд по бессонице на сегодняшний день принадлежит англичанке Морин Вестон, которая, участвуя в марафоне кречел-качалок, продержалась без сна 449 часов (почти 19 суток). Официально зарегистрированный рекорд, вошедший в Книгу рекордов Гиннеса (1965), принадлежит американскому студенту Рэнди Гарднеру. Он не спал 264 часа (11 суток). После этого он проспал 14 часов 40 минут, а гинессовский комитет отказался от продолжения подобных экспериментов, так как они небезопасны для здоровья.
Зачем мы спим? Мы спим каждый день с самого рождения, не задумываясь над этим вопросом?
Ученым еще предстоит создать единую теорию сна, ведь сон действительно на данный момент - темное пятно в области научных исследований. Только в 20-м веке ученые обнаружили, что человеческий мозг проявляет во время сна активность. До этого он считался бессмысленным для области научных исследований сна.
В этой статье мы откроем некоторые основные факты о сне, знать о которых полезно каждому.
Циклы сна
Сон человека (как и всех млекопитающих и птиц) состоит из двух фаз:
- REM-сон (от англ. Rapid Eye Movement - быстрое движение глаз ) - быстрый сон
- Медленный сон (NREM)
Каждый из этапов обладает своими физиологическими, неврологическими и психологическими особенностями. В течение всего сна фазы циклически сменяют друг друга.
В конце 1960-х годов ученыt Рехтшаффен и Калес выделили основной цикл, отражающий различные уровни сознания. Она выглядит так:
Полный цикл длится примерно от 90 до 110 минут. Так за время восьмичасового сна происходит примерно пять таких циклов.
Из графика видно, что преобладает фаза медленного сна. REM-сон длится только около 10 минут в конце цикла. Однако, NREM-фазы некоторых циклов (обычно ближе к концу сна) получаются короче и REM-сон увеличивается.
Обычно человек видит сны в стадии REM-сна, хотя иногда сны снятся и в стадии медленного сна. Теперь взглянем на характеристики нормального цикла сна:
СТАДИЯ 1 NREM (чуткий сон): Происходит снижение активности головного мозга от частоты альфа-волн бодрствования (8 - 13 Гц) до дремотных тэта-волн (4 - 7 Гц). Снижается мышечный тонус. В этой стадии могут интуитивно появляться идеи, способствующие успешному решению той или иной проблемы.
СТАДИЯ 2 NREM (чуткий сон): На этой стадии появляются так называемые «сонные веретёна» - сигма-ритм, представляющий собой учащенный альфа-ритм (12 - 16 Гц) и K-комплексов. Происходит отключение сознания. В паузы между веретёнами (возникают 2—5 раз в мин) человека легко разбудить.
СТАДИЯ 3 NREM (медленный сон): Мозговая активность снижается до дельта-волн (0,5 - 4 Гц) - самая низкая частота глубокого сна. Характеризуется всеми чертами второй стадии, в том числе наличием «сонных веретён», к которым добавляются медленные высокоамплитудные дельта-волны.
СТАДИЯ 4 NREM (медленный сон): Самый глубокий сон. Третью и четвёртую стадии часто объединяют под названием дельта-сна . В это время человека разбудить очень сложно; возникают 80 % сновидений и именно на этой стадии возможны приступы лунатизма и ночные кошмары.
REM-сон: Активность мозга повышается до частоты бодрствования бета-волн (12 Гц). В эту стадию человек находится в полной неподвижности вследствие резкого падения мышечного тонуса. Наблюдается быстрое движение глазных яблок. Именно в стадии REM-сна человек видит самые яркие сны.
Циркадные ритмы
Цикличность сна человека контролируется циркадными часами. Эти внутренние биологически часы человеческий мозг использует для контроля температуры тела и высвобождения некоторых химических веществ (нейротрансмиттеров) в нужное время.
Ближе к ночному времени мозг дает сигнал, вызывающий синтез и выделение в кровоток вызывающего сон нейрогормона мелатонина и человек начинает ощущать сонливость, температура тела падает. Аналогично, в первой половине дня мозг вырабатывает нейротрансмиттеры, вызывающие пробуждение.
Функции сна
Мы рассмотрели циклы сна. Теперь перейдем к его функциям. Почему мы спим, расходуя на сон треть нашей жизни?
Сон - естественное состояние всех млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий и рыб. Но различия в продолжительности сна - ошеломляющие:
Эти различия породили несколько эволюционных теорий сна. Одна из теорий состоит в том, что животные, которые являются низшими в пищевой цепочке, спят меньше - потому что они более подвержены нападениям. Есть противоположная теория, говорящая о том, что сон защищает от хищников, так как во время сна мы прячемся в укромном месте.
Однако обе теории имеют пробелы. Если долго бодрствовать, наш организм в конечном итоге заставит нас восстановить силы во сне - даже под угрозой нападения со стороны хищников.
Функции сна:
1. ради отдыха: в течение всего дня мы активны. Эта активность требует большого количества энергии для работы иммунной и нервной систем, а также наших мышц и костей. Восполнить затраченную энергию мы можем во время еды и сна.
2. исцеление: во время сна происходит исцеление тела нашего тела. Опыты над крысами показали, что лишение сна замедляет заживление процесс ожогов.
3. обучение: сон улучшает организацию работы мозга - путем отбора важных воспоминаний и отбрасывания нежелательной информации. Было проведено исследование, в котором принимали участие 40 человек. Им было разрешено спать по 26 минут в течение суток. Затем они прошли тестирование, которое показало, что их память ухудшилась на 38% в течение четырех дней. Исследование показало, что лишение REM-сна значительно усложняет процесс запоминания и способность решать проблемы. Другие эксперименты над сном показали, что «процедурная память» (знание того, как нужно действовать) и "декларативная память" (знание фактов и событий) зависят от REM-сна.
Так же существует предположение, что сон необходим человеку из-за сновидений. Иначе, почему же мы видим сны, если они бесполезны? Найдет ли подтверждение эта теория - покажет время.
|
Loading...