Иван Пигарёв: Зачем нам нужен сон и почему мы видим сны

Краткий конспект лекции доктора биологических наук, главного научного сотрудника Лаборатории передачи информации в сенсорных системах ИППИ РАН Ивана Пигарёва. 

Если изложить её очень кратко, то суть можно свести к следующему: когда мы бодрствуем – мозг занят анализом “внешнего мира”, а когда спим – анализом “внутреннего мира”.

"Мозг наш как некий универсальный компьютер во время бодрствования обеспечивает нашу жизнь во внешней среде. Он получает сигналы из внешнего мира чрез глаза, уши, тело, тактильную рецепцию и т.д., для того, чтобы обеспечить наше активное поведение в окружающей среде. Но у нас есть другой мир, у нас есть внутренний мир, мир наших внутренних органов, который тоже безумно сложный, но в отличие от внешнего мира, мир наших внутренних органов не представлен в наших ощущениях. Мы не чувствуем наших кишок, наших почек. Любого человека спросите, что у него внутри, он ничего вам не скажет, пока не прочтет книжку по анатомии. Но этот мир есть, он безумно сложен. Когда физиологи его изучают, становится понятно, насколько он сложен.

Все мы хорошо знаем, насколько важно для нас зрение. Так вот зрительную информацию мы получаем через рецепторы, расположенные в сетчатке глаза – палочки и колбочки. Это все знают еще из школьных курсов анатомии. В глазах человека их порядка полутора миллионов. Сигналы от палочек и колбочек передаются в мозг для анализа. В результате этого анализа мы видим. Мы можем оценивать расстояния, узнавать лица и организовывать наше обычное, нормальное, зрительное поведение.

Так вот, оказалось, что только в стенках желудочно-кишечного тракта расположено столько же рецепторов, сколько в обоих сетчатках наших глаз.

Эти рецепторы передают сигналы о температуре, химическом составе перевариваемой пищи, о механических изменениях там, и, видимо, о многом-многом другом, о чем мы даже догадываться не можем, потому что это не дано нам в ощущениях. Зрением мы можем посмотреть, тактильно мы можем пощупать, а что идет оттуда, мы не знаем. В мире нашего сознания не представлен наш висцеральный мир. Но поток информации, идущий оттуда, огромен, он соизмерим с потоком зрительным.

И была предложена очень простая гипотеза:

Сон – это то время, когда наш мозг переключается на анализ сигналов, приходящих от внутренних органов. Если там столько сенсоров, то не зря же они там расположены. Если они там есть, значит, они работают. Если они работают, значит, эту информацию должен кто-то анализировать.

Оказалась к этому времени удивительная картина: во всей нашей огромной коре мозга нет представительства внутренних органов, они там не представлены. Совершенно нелепая картина! И тогда, замечательно, все сходится одно с другим. Кора мозга у нас в бодрствовании занимается сигналами из внешнего мира, во время сна занимается сигналами из нашего внутреннего мира, от наших внутренних органов. Вот, вроде, получается гипотеза, которая позволяет все объяснить, связать одно с другим.

Зачем нужен сон

Самый просто способ понять для чего нужен сон — это лишить подопытное животное сна и наблюдать что с ним происходит.

Первая работа, которая была сделана и обратила на себя внимание научной общественности, была сделана в Америке в лаборатории Аллана Рехтшаффена на крысах.

Лишение животных сна во время проведения многочисленных экспериментов показало, что примерно через сутки лишения сна, животные начинали есть большое количество пищи, но с большой скоростью теряли вес. На коже появлялись язвы, вылезал мех. Через несколько дней животные умирали. Когда делали вскрытие, оказывалось, что весь желудочно-кишечный тракт как одна сплошная язва: язвы желудка, язвы кишечника.

Но что было самое удивительное и для экспериментаторов, и для всех тех, кто читал эти работы, что был у крысы единственный орган, который практически не страдал от депривации сна. Это был мозг! Если все до этого думали, что сон — это, прежде всего, состояние, нужное для поддержания работы мозга, то эти эксперименты показали, что это, скорее всего, не так. Что мозг ухитряется сохранить свою работоспособность и целостность, независимо ни от каких состояний. Животное погибает, но мозг при этом еще сохраняется целым.

Медленный и быстрый сон

Многие в каких-то журнальных статьях слышали байку, что именно быстрый сон — это то состояние мозга, когда мы видим сновидения. От этого утверждения уже практически все ученые отказались. Было сделано большое количество экспериментов, которые показали, что сновидения могут быть и в фазу медленного сна, и в фазу быстрого сна.

Ниже будет изложен механизм появления сновидений, будет понятно, скорее всего, что тут фаза сна роли не играет.

А что же тогда этот быстрый сон? Ответом на этот вопрос группа Пигарёва пока серьезно не занималась. Быстрый сон отличается от медленного сна только тем, что там нет этих больших медленных волн. А если мы посмотрим на наши внутренние органы, то увидим, что есть внутренние органы, которые имеют явно выраженную ритмическую активность, вроде желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), дыхания, сердца. А есть органы, которые не имеют ритмической активности, – печень, почки, репродуктивная система, сосудистая система, лимфатическая система. Там нет столь очевидной ритмики.

Так вот, скорее всего, просто-напросто, мозг проводит во время одного цикла сна некоторое поочередное сканирование всех частей нашего тела. Когда он сканирует те части тела, которые имеют ритмическую активность, мы видим волны ЭЭГ (электроэнцефалограммы) — медленный сон. Когда мы приходим к органам, которые не имеют ритмической активности, она становится такая неритмическая, мы ее называем «быстрым сном».

Схема Бодрствования в рамках висцеральной теории сна

Схема, показывающая организацию информационных потоков в мозге при переходе от бодрствования ко сну.

Левая половина – это то, что происходит в состоянии бодрствования. Во время бодрствования сигналы из окружающей среды через, так называемые, экстеро-рецепторы (это все сенсоры, получающие сигналы из внешнего мира) попадают в кору мозга (условное название высших нервных центров, помимо коры мозга включают в себя гиппокамп, миндалину). По дороге они проходят через некоторое устройство, которое можно назвать «вентильное устройство» или «блокирующее устройство».

Смысл его состоит в том, что входы от рецепторов никогда не идут прямо в кору, это медицинский факт. Они проходят через специальную промежуточную структуру, которая называется «таламус». И там происходит переключение сигналов с одного нейрона на другой нейрон, и вот там, где происходит это переключение, можно сигнал передать, а можно сигнал не передать. Во время бодрствования эти сигналы пропускаются в кору мозга для анализа, тут они анализируются и выдаются результат. Куда?

Выдается в два блока, один блок связан с нашим сознанием, ощущением — ощущением себя во внешнем мире. Второй блок связан с обеспечением поведения и двигательной активности.

Где прячется Сознание

Все со школы знают, что с сознанием, с памятью, со всеми сложными высшими когнитивными функциями связана кора. Но работа со сном ставит под сомнение это общепризнанное заключение.

Во время сна сознание у нас выключено. Но нейроны в коре мозга во время сна так же активны, как во время бодрости. Если бы сознание было связано с активностью нейронов коры, то, видимо, оно должно было быть активно и во время сна, но этого нет. Значит, надо предположить и заключить, что или сознание не связано с нейронной активностью, или нейроны, связанные с сознанием, локализованы не в коре.

И действительно, нашлись специальные структуры, которые называются «базальные ганглии», нейроны в которых именно так себя и ведут. Они активны в бодрости и молчат во сне.

Схема Сна в рамках висцеральной теории сна

Внутренние органы через интерорецепторы передают сигналы в нервную систему, которая называется автономная нервная система (это признанный медицинский термин, потому что все считали, что она автономная, не имеет связи с головой, с корой мозга, и занимается внутренними маркерами). Она маленькая, нейронов там не так много. Совершенно понятно, что такой гигантский поток информации, который идет от внутренних органов, это бедная автономная нервная система перелопатить не в состоянии. Но она в состоянии поддерживать работоспособность внутренних органов в течение небольшого времени.

Другой минус этой автономной нервной системы состоит в том, что она знает только то, что делается в том органе, за который ее кусочек ответственен, но совершенно не знает то, что происходит в других частях. Такого места, которое бы собрало сведения о всех наших внутренних органах и начало их координировать, в автономной нервной системе нет, поэтому такие сложные задачи она решать не может.

Итак, во время сна у нас активно перекрываются входы из внешнего мира. Теперь сигналы из внешнего мира в кору мозга не поступают, мы установили блок на этом пути. Но во сне на те же самые нейроны, по тем же самым волокнам, через таламус, начинают поступать сигналы, идущие от внутренних органов. Они тут обрабатываются в блоке, который мы назовем «корой мозга», но теперь результат этой обработки, естественно, не надо посылать на сознание и на поведение.

Но во время сна нужно открыть выход в некоторый отдел мозга, который назовем «ассоциативная висцеральная регуляция», и теперь обработанные в коре мозга сигналы от всех висцеральных систем будут собираться в этом блоке. Будет разрабатываться оптимальная стратегия для восстановления работоспособности того, что поломалось за прошедший день, и эти сигналы, пойдут обратно во внутренние органы, будет функционировать правая половина картинки.

Где нас ожидают проблемы и что такое Сновидения и Сомнабулизм

Когда всё в порядке и все параметры всех внутренних органов приведены в норму, пойдет сигнал, что можно просыпаться, и система опять перекинется в состояние бодрствования. И  так система будет работать в настоящем, здоровом, хорошем молодом организме. Но это бывает не часто и не всегда, и чем больше наш возраст, тем больше вероятность того, что что-то тут начнет быть не совсем в порядке.

Каждое блокирующее устройство, которое стоит на этом пути, это химическое устройство. Там синтезируются определенные химические вещества, через посредничество которых может открываться или закрываться проведение по тем или иным каналам. А это уже делает их очень уязвимыми и зависимыми.

У нас чего-то хронически не хватает в еде, у нас нет какого-то вещества для того, чтобы синтезировать нужный медиатор, который работает в этой системе, его стало меньше, и этот блок стал работать хуже, и тогда, потенциально, что у нас может быть? У нас может оказаться, что сигналы, идущие от внешнего мира, начнут использоваться в управлении внутренними органами. Или может случиться, что сигналы, идущие от внутренних органов, по ошибке будут заходить в нашу зону сознания и нашу зону поведения. Вот такая прелесть тоже может быть.

Первое, что в такой системе легко объяснить, это механизм возникновения сновидений. Достаточно представить себе, что по той или иной причине блок выхода на вентиль на пути в сознание оказался не до конца закрыт.

Связано это может быть, например, с тем, что мы были днем сильно возбуждены, не готовы спать, а все время перемалываем в голове какую-то ерунду, которая днем случилась, и поддерживаем в активности состояние сознания. И теперь, замечательным образом, сигналы, идущие от висцеральной системы, начинают забрасываться в блок сознания.

И когда этот импульс приходит в сознание, он воспринимается как сигнал, пришедший из внешнего мира. И теперь вот эти самые случайные запросы сигналов из висцеральной сферы, попадающие в отдел сознания, будут вызывать у нас некие случайные, самые странные видения. А там уже дальше работает свой механизм ассоциаций.

Скорее всего, видно, что сновидения – это момент переходного состояния, когда этот блок или не дозакрылся, или в момент пробуждения уже немножко приоткрылся. И тогда мы видим эти странные явления, называемые сновидениями.

Не только сновидения объясняются легко. Но и явление сомнамбулизма, также связанное со сном. Встречается часто у мальчиков в юности, иногда сохраняется и до взрослого состояния, хотя во взрослом состоянии проявляется редко. Люди ночью вдруг просыпаются, встают и идут в самых разных направлениях. Пройти из одной комнаты в другую, могут опять лечь на коврик и заснуть. Могут выйти из квартиры и уйти на другой конец города. Когда они идут, у них открыты глаза, они не натыкаются на предметы, у них хорошо координированы движения, ничего не заподозришь.

Единственное, что они при этом не имеют никакого представления об окружающем мире, они его не воспринимают. Это единственное, чем хорош сомнамбулизм, он говорит, что сознание от движения отделено, это отдельная коробочка.

Ну и еще один вариант патологии, который можно вывести из этой схемы — паралич сна. Тоже очень часто встречающаяся вещь. Наверное, можно сказать, что каждый испытывал это ощущения в той или иной степени. Что здесь происходит? Прямо обратная сомнабулизму картина, проснулся человек, у него открылся вход из внешнего мира, включилось сознание, он прекрасно воспринимает окружающую среду, все видит, все понимает, но не может пошевелить ни одной мышцей своего тела, у него полная атония, и он лежит абсолютно неподвижно. Это может длиться разное время, может пройти 10 секунд, 20 секунд, минута, до 10 минут такие эпизоды бывают. Потом постепенно восстанавливается движение, человек встает и начинает нормально двигаться".опубликовано econet.ru