Что происходит, когда человек спит
Примерно треть всей своей жизни человек проводит во сне – никакое другое занятие не занимает столько нашего времени. Треть жизни просто на то, чтобы лежать в постели с закрытыми глазами, совершенно не реагируя на происходящее вокруг, – другими словами, чтобы спать. Почему нельзя отказаться от сна, просто заменив его отдыхом или выгадав это время на что-то более интересное? Ну или, по крайней мере, сократить его время до четырех часов или даже двух? Зачем нам столько спать? Что же такого важного происходит, пока человек спит?
В «Википедии» статья о сне начинается так:
«Сон (лат. somnus) – естественное физиологическое состояние, противоположное состоянию бодрствования, характеризующееся пониженной реакцией на окружающий мир».
Из этого определения мало что понятно, кроме того что сон отличается от бодрствования и что когда человек спит, он мало на что реагирует. Действительно, во сне мы не замечаем тихих звуков и небольших изменений освещенности, а от громкого звука или яркой вспышки света сразу просыпаемся. Такая невосприимчивость к сигналам может дорого стоить, если они сообщают об угрозе (и часто люди плохо спят или вообще не могут заснуть, если взволнованны). Не только человек, но и многие животные заботятся о том, чтобы как следует подготовиться ко сну – находят укромное тихое и теплое место, где могли бы безопасно отключиться от окружающей действительности и поспать, не беспокоясь о том, что им кто-то или что-то помешает.
Если бы сон был не важен, гораздо разумнее было бы вообще от него отказаться: если ты начеку, неприятности вряд ли смогут застать врасплох, однако во сне хищник или соперник могут подобраться незамеченными.
Сон – одно из самых загадочных состояний для современной нейробиологии. Начать, пожалуй, стоит с того, что спят практически все животные, обладающие нервной системой[50]. Даже микроскопическая нематода Caenorabditis elegans, крошечный прозрачный червячок длиной около миллиметра, чьи мозги состоят всего из 302 нейронов (да-да, речь о трех сотнях нейронов – не триста тысяч и миллионов, а триста штук), время от времени переходит в состояние, очень похожее на сон: перестает питаться и шевелиться, практически не реагирует на внешние стимулы и проводит в таком состоянии два-три часа [1].
Что будет, если не спать?
Наверное, каждый человек хотя бы раз в жизни не высыпался – не спал, страдая от бессонницы или проведя всю ночь за работой, подготовкой к экзаменам или с друзьями. Даже небольшое недосыпание приводит к тому, что человек становится рассеянным, плохо сосредотачивается на задачах, медленнее реагирует и соображает. Невыспавшимся людям тяжелее запомнить новую информацию, анализировать и принимать решения. А еще, если не выспаться, то и дело накатывает сонливость: стоит человеку попасть в тихое затемненное удобное место, его начинает клонить в сон. Впрочем, некоторым людям удается засыпать в самых неожиданных местах, которые невозможно назвать тихими, темными или удобными.
Постоянное недосыпание ведет к накоплению усталости и увеличивает риск возникновения хронических заболеваний.
Чем дольше люди не спят, тем сильнее их потребность во сне. Если надолго лишить человека сна, это приводит к серьезным последствиям и воспринимается мучительно – в некоторых случаях такое принудительное лишение сна (по-научному, депривация) использовали как пытку, чтобы выбить из людей нужные показания. Если человеку не давать спать несколько суток, его сознание становится спутанным, ухудшается зрение, слух и координация движений, появляются галлюцинации и провалы в памяти. Человек плохо себя чувствует: может испытывать головокружение, тошноту, боль; у него снижается иммунитет, могут усиливаться воспалительные процессы [2].
Хроническое недосыпание приводит к накоплению усталости, в этом случае эффект развивается постепенно и не так заметен: тем не менее люди хуже справляются с математическими задачами, заданиями на внимание. Чем дольше длится испытание, тем хуже результаты добровольцев с недосыпанием [3]. Увеличивается риск хронических заболеваний, таких как диабет, атеросклероз, болезнь Альцгеймера, а также возрастает риск развития депрессии [2].
В общем, сон действительно важен.
В 1964 году в «Книге рекордов Гиннесса» был зарегистрирован самый долгий период без сна у человека: рекордсмен, 17-летний Рэнди Гарднер, продержался без сна 264 часа (точнее, 11 суток и 25 минут). Все это время за ним следили два одноклассника и лейтенант военной школы, где он проходил обучение [4]. Вся затея появилась как тема школьного научного проекта, который задумал Рэнди со своим другом Брюсом МакАлистером. Они бросили монетку, и участвовать выпало Рэнди, но Брюс тоже не спал первые три дня, чтобы следить за тем, что не спит его друг. Когда от недосыпания Брюс сам начал отключаться, ребята поняли, что им нужен третий участник, и позвали еще одного друга. Однако вскоре к наблюдению за самочувствием подростка подключился исследователь сна из Стенфорда Уильям Демент – к большому облегчению родителей Рэнди, которые опасались за его здоровье.
Рэнди был в прекрасной физической форме и боролся со сном, играя в баскетбол или боулинг. Во время эксперимента у Гарднера наблюдались перемены настроения, с каждым днем усиливались проблемы с памятью и концентрацией внимания, через несколько дней появились паранойя и галлюцинации. На одиннадцатый день, когда Рэнди попросили выполнить арифметическую задачку – вычитать из ста по семь, он остановился через пять итераций – на 65. На вопрос, почему остановился, он ответил, что забыл, что делает. После одиннадцати суток без сна Рэнди проспал 14 часов и 40 минут и проснулся оттого, что захотел в туалет. Исследователи, изучавшие случай Рэнди, заключили, что большую часть эксперимента он спал на ходу: отделы его мозга по очереди дремали, пока остальные поддерживали видимость бодрствования, – это явление носит название «локальный сон» и сейчас активно изучается.
Надо сказать, что по окончании испытания Рэнди полностью восстановился, и этот эксперимент не особенно повлиял на его здоровье (во всяком случае, на момент написания книги 74-летний Рэнди был жив и не страдал тяжелыми заболеваниями, если судить по интернет-источникам, которые интересовались его судьбой и последствиями этого эксперимента).
После этого случая «Книга рекордов Гиннесса» отказалась регистрировать новые рекорды, опасаясь за здоровье претендентов. Впоследствии несколько человек заявляли о том, что смогли поставить новый рекорд без сна, но «Книга рекордов Гиннесса» не стала менять позицию и рассматривать эти заявки.
Организаторов можно понять: опыты на животных говорят о том, что сон жизненно необходим организму: иными словами, если долго не спать, можно умереть.
Эффекты длительной депривации сна изучают на животных. Попросту говоря, мышам или крысам не дают спать и смотрят, что будет. Обычно через 11–32 дня крысы начинают умирать, при этом не обнаруживается какой-то специфической причины [5]. Часто выдвигают предположение, что животные умирают от стресса, и это очень похоже на правду – заставить животное не спать не так-то просто: условия этих жестоких экспериментов мало похожи на обычную жизнь лабораторных животных.
Как разделить влияние стресса и бессонницы? Исследователи придумали хитрый опыт: двух мышей сажают на две плавучие платформы, погруженные в воду. Платформу легко перевернуть: в этом случае мышь оказывается в воде и вынуждена выкарабкиваться оттуда, чтобы не утонуть. И вот одной мыши из этой пары не дают спать: стоит ей задремать, как обе платформы переворачиваются, опрокидывая мышей в воду. Вторую мышь не наказывают, если засыпает только она: она может спать в тех промежутках, пока ее соседка борется со сном. В итоге получается, что уровень стресса у двух мышей одинаков: обе они оказываются в воде одинаковое число раз, вот только одна спит, а вторая нет.
Как и ожидалось, в такой паре погибает только та мышь, которой не дают спать. Неожиданным оказалось вот что: погибает она именно от стресса. Если говорить точнее, от окислительного стресса: в теле неспящей мыши по неясным пока причинам начинают накапливаться соединения, разрушающие организм за счет окисления жизненно важных молекул – липидов, из которых состоят клеточные мембраны, белков, управляющих большинством биохимических процессов в организме, и ДНК, кодирующей наши гены [6, 7]. Если дать мыши антиоксиданты – вещества, которые нейтрализуют разрушительное действие окислительного стресса, – она выживает, даже когда ей не дают спать.
О чем же нам говорит это исследование? Обе мыши испытывают тяжелый стресс, оказавшись в бедственном положении, и антиоксиданты помогают им выжить, несмотря на бессонницу. Однако, по-моему, это исследование не совсем о том, что сон нужен нам для борьбы со стрессом. Уровень стресса у животных очень разный, а сон при этом – штука повсеместная. Но вот о чем можно сказать с уверенностью: в момент, когда вы испытываете острый стресс, сон помогает с ним справиться и не дает ему вас убить.
Фазы сна
С точки зрения мозга сон – это не просто длительный отдых и прекращение всякой активности. Это скорее смена одних занятий другими, причем не менее важными. Любопытно и то, что сон – это не однородный процесс: в середине прошлого века исследователи, изучающие электроэнцефалограммы спящих людей, обнаружили, что внутри сна есть разные состояния.
Засыпая, мы постепенно проходим через первую, вторую и третью стадии медленного сна. Электрическая активность на ЭЭГ на этих стадиях постепенно замедляется и синхронизируется – вместо частой ряби по электроэнцефалограмме пробегают крупные и глубокие волны активности.
Первая стадия – самый поверхностный сон, когда человек только заснул. На второй стадии на энцефалограмме могут появляться сонные веретена – короткие вспышки активности мозга. Третья стадия самая глубокая – это медленноволновой сон. Разбудить человека на этой стадии намного тяжелее, чем на первой и второй: это именно то состояние, которое мы называем «спросонья» – человек плохо понимает, что происходит, и ему требуется довольно много времени, чтобы сориентироваться и начать соображать.
После глубокого медленноволнового спящий человек возвращается на вторую фазу медленного сна, а затем обычно переходит в фазу быстрого сна. В этой фазе тело обездвижено, мышцы обычно максимально расслабленны, а вот зрачки закрытых глаз время от времени быстро двигаются. Благодаря такой особенности это состояние назвали фазой быстрых движений глаз или, по-простому, быстрым сном. Запись ЭЭГ в этой фазе похожа на дневную. Дыхание и сердцебиение в это время становятся нерегулярными, а терморегуляция ослабляется, то есть организм перестает себя греть, поэтому люди предпочитают спать под одеялом.
В фазе быстрого сна просыпаться заметно легче, а если разбудить нас в глубокой фазе, мы будем чувствовать себя разбитыми.
После быстрого сна все начинается сначала. За несколько часов, что мы спим, фазы сна чередуются: медленный сон сменяется быстрым, затем снова наступает медленный. Каждый цикл сна занимает около полутора часов. Считается, что полноценный ночной сон наступает тогда, когда в него помещается несколько полных циклов: после быстрого сна люди обычно просыпаются легко и в хорошем самочувствии, ощущая бодрость, даже если проспали меньше привычного. Если разбудить человека в глубоком медленноволновом сне, просыпаться он будет тяжело и долго и, вполне вероятно, будет чувствовать себя немного разбитым и рассеянным, даже если спал долго.
Активность мозга в различных фазах сна и состоянии бодрствования
Еще на уровень глубже
Если перенестись еще на один уровень в глубь спящего мозга, можно наблюдать, как меняется активность отдельных нейронов. Микроскопические электроды, вживляемые в мозг животных, позволяют следить за тем, как меняется активность различных отделов мозга во время бодрствования и во сне.
Естественно, большинство нейронов наиболее активны, пока животное не спит. Однако и во сне многие из них, похоже, активно работают, выполняя разнообразные задачи. В фазе медленного сна в самом основании мозга, в стволе, большинство нейронов снижают или вовсе останавливают электрическую активность, но нейроны коры головного мозга лишь слегка снижают уровень активности. Однако это небольшое замедление работы отдельных нейронов происходит на фоне того, что активность сотен и тысяч соседних нейронов в это время синхронизируется. Именно эта синхронная работа множества маленьких нейронов преображает вид записей электроэнцефалограммы. Пока мы не спим, каждый нейрон работает в собственном ритме, не оглядываясь на другие нейроны по соседству, и на ЭЭГ это выглядит как какофония из сигналов, высокочастотный шум низкой амплитуды. Когда наступает фаза медленного сна, соседние нейроны разряжаются практически одновременно, и это приводит к появлению высоких и редких волн на записях ЭЭГ. Нечто похожее можно наблюдать на спортивных стадионах, когда болельщики в секторе одновременно встают и ревут, и сразу то же самое подхватывают их соседи, запуская волну по рядам.
Пока длится фаза медленного сна, небольшая группа клеток в основании мозга работает с полной отдачей: это нейроны центров сна, благодаря которым мы и переходим из состояния бодрствования в медленный сон [8].
Однако при переходе к быстрому сну активность мозга снова меняется: теперь вместо крупных медленных волн активности мы видим мелкую рябь активно работающих, но рассинхронизированных нейронов. В это время активны не только нейроны коры, но и ствола головного мозга, отдыхавшие в фазе медленного сна. За переключение в эту фазу отвечает еще одна специализированная группа клеток в стволе головного мозга: получается, что все эти переходы происходят не сами по себе: мозг управляет тем, сколько времени проводить в каждом из состояний.
Во время сна «ненужные» впечатления и воспоминания стираются из памяти, а нужные – наоборот, закрепляются в ней.
Быстрый сон – время самых ярких и живых сновидений (разбуженные во время медленного сна люди тоже иногда сообщают о сновидениях, но обычно они бессюжетные). Пока мы видим сны, в мозге активно работают двигательные отделы. Почему же люди остаются неподвижными? Мозг заботится и об этом: передача сигналов от двигательных отделов к мышцам специально блокируется, чтобы спящий человек никуда не убежал.
Хотя снаружи этого совершенно не видно, во время различных стадий сна внутри мозга происходит множество важных и заметных событий. Меняется не только активность и синхронность работы нейронов, но и содержание нейромедиаторов, которые управляют работой мозга и могут влиять на судьбу отдельных нейронов. Фактически меняется внутренняя химия мозга, а значит, с нейронами могут происходить какие-то превращения, которые невозможно осуществить днем. Некоторые нейромедиаторы – моноамин, серотонин, норадреналин и гистамин – почти не вырабатываются во сне. Они тесно связаны с состоянием бодрствования и могут влиять на нашу сосредоточенность, ощущение бодрости, собранности и заряженности на новые свершения[51]. Считается, что они помогают образовывать или усиливать связи между нейронами под воздействием новых впечатлений. А еще они нужны, чтобы активировать мотонейроны, передающие сигналы к мышцам: заблокировав моноамины, мозг не дает телу активно двигаться.
Интереснее ситуация с другим нейромедиатором – ацетилхолином: во время медленного сна его уровень падает, а во время быстрого его внезапно становится много; возможно, даже больше, чем во время бодрствования [8]. Хотя о нем известно меньше, исследователи уверены, что он играет важную роль во сне: добавив ацетилхолин, можно разрушить медленный сон, а если его не хватает, нарушается быстрый. Возможно, ацетилхолин нужен, чтобы ослаблять неважные связи между нейронами, вычищая из памяти избыточную информацию и подготавливая мозг к тому, чтобы воспринимать что-то новое. Получается, что особое сонное сочетание нейромедиаторов (мало моноаминов и много ацетилхолина) работает вроде ластика, который стирает ненужные линии черновика – всех наших дневных впечатлений, – оставляя только нужные, те, что составят потом памятный след прошедшего дня [10].
Во сне идет много важных процессов. Во время медленного сна падает потребление энергии мозгом – это позволяет ему восполнить запасы энергии и подготовиться к новому дню. В это же время происходит образование или выделение некоторых веществ – например, гормона роста, регулирующего рост и обновление тканей организма, а еще мелатонина, ответственного за наши внутренние часы, устанавливающие режим сна и бодрствования [11].
По всему получается, что сон – совсем не напрасная трата времени, а сложный процесс, важность которого сложно оценить, потому что он проходит мимо нашего сознания. Само существование специализированных центров сна глубоко в основании мозга говорит о том, что они контролируют жизненно важную потребность – такую же, как, например, дыхание и сердцебиение, центры которых расположены там же.
Если сон так важен, а недосыпание может влиять на здоровье, сколько же нужно спать, чтобы не увеличить риски заболеть чем-нибудь из-за нехватки сна? Точного ответа у ученых нет – потребность во сне индивидуальна. По данным исследований, взрослые люди обычно спят семь-девять часов, и такая продолжительность сна считается нормальной [12]. Недавно на русский язык была переведена книга Мэтью Уолкера «Зачем мы спим», в которой автор убеждает читателей, что для здоровья необходимо спать как минимум восемь часов в сутки. Однако это не подтверждается научными данными: интервал сна, позволяющий человеку продуктивно работать и долго жить, варьирует в пределах четырех-восьми часов [13]. Когда исследователи изучали связь продолжительности сна и долголетия, оказалось, что дольше всего живут люди, которые спят семь часов. Люди, спящие четыре-пять часов, не отличаются по долголетию от тех, кто спит по восемь часов. Пожалуй, пока лучший ответ звучит так: спать нужно столько, чтобы с утра чувствовать себя бодрым и отдохнувшим.
Сон – очень сложное явление, и его регуляция зависит от множества факторов. Недавно среди них обнаружились и генетические: проще говоря, на земле живут люди, которым нужно всего 4–6 часов, чтобы выспаться, и эти люди мутанты. Сейчас известно как минимум о двух генах, мутации в которых помогают их счастливым обладателям спать по 4–6 часов и чувствовать себя бодрыми и отдохнувшими: один из этих генов меняет свойства рецептора к адреналину [14], а второй влияет на орексин, вырабатывающийся в гипоталамусе и влияющий не только на бодрость, но и на аппетит с настроением [15]. Жаворонок человек или сова, тоже определяют гены; некоторые из них влияют не только на режим, но и на настроение и склонность к депрессии [16]. Если поблизости нет генетической лаборатории, изучающей регуляцию сна, позаботиться о здоровом сне можно так: внимательно прислушиваться к своим ощущениям и исходя из этого определять, когда комфортнее засыпать и сколько нужно времени, чтобы выспаться.
Загадка сна
Для чего же нужен сон? Еще недавно исследователи ломали над этим голову: хорошего ответа на этот вопрос не было – ну разве что «сон помогает бороться с сонливостью». Однако теперь, спустя десятилетия кропотливых исследований, ученые смогли приблизиться к разгадке – по крайней мере, сейчас есть несколько теорий о том, для чего нам сон, и каждая из них имеет свои основания. Вполне возможно, что все они правы и сон нужен сразу для нескольких важных задач, которые не удается выполнить, пока мы не спим.
Во время бодрствования мозг работает сверхактивно: недаром он потребляет примерно пятую часть всей энергии, если мы не заняты чем-то физически тяжелым. Каждая из миллиардов нервных клеток каждую секунду генерирует нервные импульсы – порой до сотни в секунду, – и это очень энергозатратный процесс.
Несмотря на все усилия, постоянное возбуждение нервных клеток в течение дня дает о себе знать: тысячи нервных импульсов, проходящих по отросткам нейронов, приводят к тому, что места контактов нейронов – синапсы – все более восприимчивы к новым сигналам. Из-за этого в нервной ткани постепенно появляется шум: нервные контакты начинают проводить даже слабые сигналы, которые в норме не должны далеко распространяться. Нарастая, этот шум мешает работе, не дает выделить полезные сигналы среди бесполезных. К вечеру мозг начинает хуже соображать; если весь день вы активно работали головой, сосредоточенно решая сложные задачи, к его завершению голова буквально гудит. Это выражение отлично описывает то, что происходит в мозге – через гул остаточного возбуждения полезным сигналам пробиться все сложнее. Чтобы восстановить нормальную работу нейронов, некоторым участкам мозга нужно побыть в тишине – отключиться от внешних сигналов и вернуть проводимость нервных контактов к нормальному рабочему состоянию [17].
Во сне мозг выводит из тканей вредные продукты обмена, так что если мы не спим, то отравляем сами себя…
В течение дня мозг напряженно работает, тратя огромное количество энергии, и это не проходит бесследно не только для нервных контактов. Активный обмен веществ, необходимый для передачи импульсов, приводит к тому, что в нервной ткани накапливаются токсичные продукты обмена веществ, от которых необходимо избавиться, чтобы они не мешали нормальной работе. Интенсивный обмен веществ может приводить к повреждениям белков и компонентов клетки, и это тоже может отражаться на самочувствии нашего мозга. Некоторые болезни мозга начинаются с того, что неправильные белки[52] постепенно накапливаются в нервной ткани, и сегодня уже понятно, что хроническое недосыпание увеличивает риск этих заболеваний [2].
Каким образом можно выводить из тканей вредные продукты обмена? В организме для этого есть лимфатическая система: она собирает отходы из пространства вокруг клеток и выводит их в кровеносное русло, откуда они отфильтровываются печенью и почками. Однако в мозге лимфатической системы нет, а обмен веществ там идет намного интенсивнее, чем в других органах. Как же мозг избавляется от продуктов своей жизнедеятельности? Своеобразной канализацией для мозга может быть спинномозговая жидкость. Она циркулирует под паутинной оболочкой головного и спинного мозга, поддерживая постоянное давление в головном мозге.
Спинномозговая жидкость обеспечивает постоянство внутренней среды, в которой работает мозг, и отчасти предохраняет его от физических и инфекционных повреждений.
Проблема в том, что нервная ткань слишком плотная, поэтому вредным продуктам обмена непросто добраться от каждой клетки головного мозга к желудочкам, в которых находится спинномозговая жидкость, – между отдельными клетками слишком мало межклеточного пространства, чтобы обеспечить своевременное и достаточное очищение нервной ткани от отходов.
Тем не менее совсем недавно ученые обнаружили систему скоростного выведения продуктов обмена из мозга в спинномозговую жидкость [18]. Спинномозговая жидкость заполняет пространства вокруг кровеносных сосудов – продукты обмена попадают туда через специальные глиальные клетки, астроциты: они образуют что-то вроде трубопровода, соединяясь друг с другом специальными водяными порами и переправляя отработанное в околососудистые пространства. Однако пока мозг активно работает, эта система работает очень медленно и разгоняется, только когда мозг погружается в сон.
Оказалось, что во сне клетки теряют объем – нейроны отжимают из себя излишки жидкости, словно губка, и пространство между клетками увеличивается, по крайней мере, вдвое. Пульсация жидкости с продуктами обмена в этом случае идет намного быстрее, и мозг «смывает» все переработанное в спинномозговую жидкость, которая затем доставляет отходы в кровь [19]. Систему очистки мозга назвали глимфатической – по аналогии с лимфатической, но еще и напоминая, что в ее работе важную роль играют глиальные клетки – астроциты.
Одно из последствий депривации сна – ухудшение памяти. Если людям или животным не давать спать, они гораздо хуже учатся новому. Более того, активное обучение приводит к тому, что меняется структура сна: некоторые фазы сна (прежде всего быстрого и глубокого медленноволнового) длятся дольше и протекают более интенсивно. Участники, у которых такие изменения проявляются сильнее, лучше справляются с тестами, проверяющими запоминание.
Каким образом сон улучшает память? Оказывается, пока мы спим, отделы мозга, отвечающие за запоминание, проигрывают важные впечатления, которые мы накопили за день, и укладывают информацию из кратковременной памяти в долговременную.
Когда исследователи вживили крысам электроды в гиппокамп, они буквально увидели, как внутри нейронов воспроизводится та же активность, что и накануне днем. Например, если учить крыс ориентироваться в лабиринте, нейроны внутри гиппокампа активируются в определенной последовательности – это клетки места, с помощью которых крыса понимает, где она находится. Когда после обучения крысы заснули, ученые вновь увидели активность в тех же клетках, и последовательность, в которой они активировались, совпадала с той, что ученые видели у животных, пока они искали путь в лабиринте [20]. Любопытно, что такое проигрывание происходит и во время быстрого, и во время медленного сна. Различия в скорости: в фазе быстрого сна нужный паттерн проигрывается столько же, сколько и во время бодрствования, а во время глубокого медленноволнового сна это происходит словно на перемотке с семикратным ускорением [9]. Получается, что, набравшись впечатлений за день, во сне гиппокамп обучает нейроны коры нужным паттернам активности – правильные связи и паттерны активности и образуют человеческую память.
Когда речь заходит о связи сна и памяти, ученые принимаются спорить о том, для чего именно нужен сон: для запоминания или, наоборот, для забывания [10, 21]? Действительно, хорошая память – это не только помнить нужное, но и не держать в голове лишнего. Многие исследования указывают на то, что сон улучшает запоминание – например, когда речь заходит об изучении иностранного языка и новых слов. С другой стороны, мозгу необходимо очищать внутренний буфер обмена от лишней информации. Если подумать, абсолютная память могла бы стать для человечества настоящим проклятием: представьте, что вы помнили бы все прочитанные книги наизусть – работать с такой информацией намного тяжелее, чем с кратким содержанием и смыслом, который остается в памяти у обычного человека. Представьте себе, что вы дословно помните все четыре тома «Войны и мира» Льва Толстого – в этом случае вам пришлось бы каждый раз мысленно пробегаться по всему тексту, чтобы найти ответ на какой-то вопрос: скажем, кем приходились друг другу Наташа Ростова и Пьер Безухов. Когнитивисты, изучающие людей с фотографической памятью, иногда описывают этот феномен: такие люди способны дословно воспроизвести прочитанное, но не всегда могут сделать из этого вывод и зачастую испытывают сложности даже с кратким пересказом своими словами.
Сон крайне важен для того, чтобы наша голова не перегружалась информационным мусором.
Исследователи, упирающие на важность сна для забывания, говорят о том, что с запоминанием люди прекрасно справляются и в состоянии бодрствования. Достаточно дать им отдохнуть и посидеть в тишине перед следующим тестом, чтобы они легче вспоминали выученное ранее и запоминали больше новой информации. С другой стороны, в исследованиях, где людям или животным было необходимо переучиться, то есть забыть ранее выученные действия или информацию, чтобы выучить новую, именно сон, а не просто отдых заметно влиял на результаты [10].
Переработка информации и обучение – это не только способность что-то запомнить. Чтобы не перегружать голову мусором, для начала нужно выделить самое важное в вашем опыте, чтобы в памяти осталось именно оно. Остальные детали, которые вряд ли пригодятся, разумнее (и экономнее) забыть. Когда человек просыпается свежим и отдохнувшим, из его головы выветриваются мелкие подробности вчерашнего дня и проще воспринимать впечатления сегодняшнего.
Обучение, запоминание нового и забывание старого должно буквально перекраивать нервную ткань, когда ненужные старые связи разрушаются, а взамен появляются новые, более актуальные в новых условиях. Изменение связей внутри нервной сети носит название «нейропластичность» – это важнейший процесс, позволяющий мозгу меняться, учиться, приспосабливаться к новому и восстанавливаться после травм или болезней.
Обе фазы сна, судя по всему, очень важны для нейропластичности: и дело тут не только в том, что одновременно пользоваться мозгом и перестраивать связи в нем довольно затруднительно. Выше я писала о том, что во время сна радикально меняется уровень нейромедиаторов: фактически нейроны попадают в совершенно новую химическую обстановку. Как раз благодаря этому внутри мозга могут перестраиваться контакты между клетками, чтобы на следующее утро он проснулся обновленным.
Некоторые исследователи сна и памяти считают, что во время медленного сна может происходить усиление нужных синапсов, пока гиппокамп многократно проигрывает важные дневные впечатления с большим ускорением. Когда же мозг переходит к быстрому сну, химическая среда меняется так, чтобы можно было ослабить ненужные или мешающие обучению синапсы [9]. Другие упирают на то, что в разных фазах происходит разное обучение: медленный сон помогает запоминать события и факты, то есть усиливает (по-научному, консолидирует) декларативную память.
Быстрый сон нужен для усвоения действий, навыков и привычек – он влияет на процедурную память [22].
Как бы то ни было, обе фазы сна важны для правильной перестройки контактов в нервной системе, обеспечивающих обучение и запоминание, и это очень активный и энергозатратный процесс. Ученые-генетики обнаружили, что во время сна активно работают другие гены, и не один или два – речь идет о сотнях генов, отличающих сон и бодрствование. Если же заблокировать образование новых белков в нервных клетках, нужные перестройки не произойдут и мозг не выучит нужные действия [9].
Наверное, можно вполне обоснованно сказать, что мозг – очень дорогой орган: его активность требует огромных затрат энергии, к тому же он накапливает шум и токсины, которые мешают ему эффективно работать. А еще крайне сложно одновременно работать с новой информацией и запоминать уже воспринятое: невозможно одномоментно перестраивать соединения внутри нервной системы и использовать их для обработки новой информации. Отключившись от внешнего мира, мозг начинает заниматься внутренним хозяйством.
Эволюционное преимущество, которое дает нам мозг, способный учиться и адаптироваться к новым условиям, настолько высоко, что оправдана и цена, которую мы платим, – треть жизни мы проводим в отключке, чтобы восстановить, перезагрузить и перенастроить свою нервную систему. Поговорка «Утро вечера мудренее» имеет важный практический смысл, но только в том случае, если вы провели ночь во сне: тогда мозг способен уложить впечатления и опыт, накопленные к вечеру, сопоставить новую информацию с уже имеющимися знаниями и подойти к проблеме в новом качестве – теперь нервная система перенастроена на решение возникших задач.
Сновидения – это загадка внутри загадки. За последние десятилетия ученые многое узнали о том, для чего нужен сон и что происходит внутри, пока мы отключены от внешнего мира. Однако посреди этой отключки человек внезапно оказывается в совершенно новом состоянии сознания, где возможны полеты, кошмары, головокружительные путешествия или почти зеркальное отображение нашей повседневной жизни, вот только его словно влечет сквозь сюжет непонятная сила, на которую он никак не может повлиять. Мы до сих пор не знаем, почему люди видят сны и каким образом впечатления и мысли складываются в причудливые сюжеты и сюрреалистические образы сновидений.
Раньше считалось, что сновидения – это не такое уж частое явление: большинство людей, проснувшись утром, лишь изредка могут сказать, что им снилось ночью. Оказалось, что каждую ночь люди просматривают в среднем полтора часа сновидений – это длительность полнометражного фильма [21]! Правда, сновидения эти разбиты на эпизоды длительностью от нескольких секунд до получаса. Обычно, но не всегда мы видим сны в фазе быстрых движений глаз. Примерно треть людей, разбуженных во время медленного сна, говорят, что испытывали что-то: они описывают свои ощущения скорее как мысли или же сообщают о статических картинках, которые воспринимаются как бы со стороны. В таком случае человек не чувствует себя активным участником сна. Иногда в этой фазе сновидения отражают монотонную активность накануне: если люди провели много времени перед сном, играя в видеоигры или, например, собирая ягоды, скорее всего, они увидят это же занятие во время медленного сна.
Самые интересные, эмоциональные, яркие и живые сны снятся нам в быстрой фазе. Каждую ночь один-два часа человек смотрит такие сновидения, однако наутро есть шанс вспомнить только те сны, которые видели непосредственно перед пробуждением, а чаще всего забываются и они. Что влияет на содержание таких снов? Исследования показывают, что в них могут полностью или частично включаться эпизоды, произошедшие с вами незадолго до этого. Речь идет не только о событиях прошлого дня – в сновидения могут проникнуть впечатления всей прошедшей недели [22].
Интересная особенность сновидений в том, что люди в них не ощущают никакого контроля своих действий, словно отключается способность как-то повлиять на происходящее. Вероятно, это связано с тем, что дорсолатеральные отделы префронтальной коры в этой фазе неактивны: именно там располагаются центры самоконтроля, которого нам недостает во сне.
Существует множество объяснений того, для чего нам снятся сны. Свои теории выдвигают не только биологи, но и психологи и психотерапевты. Например, Зигмунд Фрейд считал, что во сне проявляются подавленные желания и чувства, которые были вытеснены из сознания бодрствующего человека, но способны пробираться в наши сны [23]. Другие психологические теории предполагают, что сны помогают нам работать со сложными и неприятными мыслями и чувствами, чтобы восстанавливать эмоциональный баланс [24] или же просто заранее подготовиться к возможным угрозам в будущем [25].
Биологические интерпретации сновидений не такие захватывающие: некоторые нейробиологи считают, что они могут возникать в процессе переработки впечатлений дня в долговременные воспоминания [26]. Доподлинно неизвестно, каким образом переходит перезапись воспоминаний из дневных краткосрочных хранилищ в долговременные, но точно знаем, что люди, события и обстоятельства, с которыми мы сталкивались в последние дни, нередко становятся строительным материалом для сновидений, только отдельные элементы могут пересобираться довольно причудливым образом.
Другая гипотеза заключается в том, что сны – всего лишь побочный продукт работы памяти: пока гиппокамп активно занят переработкой дневного опыта в новые нервные контакты, отделы, отвечающие за осознание и интерпретацию происходящего, «сидят без дела» и сновидения – это попытка этих отделов занять себя чем-нибудь, скажем сгенерировать поток впечатлений на основе того, что уже хранится в долговременной памяти [27].