Принято считать, что чем дольше мы бодрствуем, тем больше нуждаемся во сне. Иными словами, «долг сна» накапливается во время бодрствования, и мы должны возвращать его ночью. Но применимо ли подобное логическое умозаключение к периоду сна? Растет ли необходимость бодрствования во сне? Запрограммированы ли мы на определенное количество бодрствования, которое должны получить в течение суток? Или подобные рассуждения применимы только ко сну, а бодрствование «просто запускается», вызывается необходимостью искать еду или иными потребностями?
Начнем с ощущения потребности в пище. Предположим, что механизм пробуждения приводится в действие тогда, когда появляются первые признаки энергетического дефицита, иными словами, когда наступает голод. Ощущению голода способствуют определенные изменения в крови, мозге и других органах, что «включает» производство и секрецию гормонов, ответственных за изменения в обмене веществ и исправление метаболического дисбаланса. Кстати, упомянутый кортизол повышается не только в ожидании пробуждения, но и в ожидании употребления пищи. Определенные области мозга, в частности в гипоталамусе, обладают способностью измерять уровень глюкозы в крови: они работают как сенсоры, датчики ее содержания. Нейроны, которые вырабатывают гормон орексин, например, активируются, когда уровень глюкозы снижается, и, наоборот, тормозятся, когда уровень глюкозы увеличивается. Вообще орексиновые нейроны считаются одним из главных центров регуляции бодрствования. Когда они активны, то посылают сигналы в другие области мозга, ответственные за проявления бодрствующего состояния, такие как внимание и движение. В свою очередь те передают сигнал дальше, и очень быстро «цепная реакция» нейронного возбуждения охватывает большую часть мозга, что приводит к «общему» пробуждению на уровне всего организма. За этим следует запуск поведенческих реакций поиска и употребления пищи, после которых уровень глюкозы в крови повышается, орексиновые нейроны утрачивают драйв к активности и уровень возбуждения мозга сходит на нет, приводя к сонливости и засыпанию. Естественно, описанная схема предельно упрощена, так как не все сводится к единственному гормону орексину и необходимости восполнять запасы углеводов, но считается, что подобный гомеостатический механизм достаточен, чтобы переключаться между состояниями сна и бодрствования.
Некоторую аналогию можно проследить и с последовательностью процессов, которые связаны с накоплением дефицита сна и влекут за собой подготовку ко сну и его последующее «потребление» – такие формы поведения называются консумматорными. В ходе сна, когда организм по определению не употребляет пищу, имеющиеся ресурсы иссякают, орексиновые рецепторы снова активируются и т. д. Удивительно, что в некотором роде похожая динамика на метаболическом уровне наблюдается у растений, которые относительно неподвижны и не в состоянии отправляться искать пищу, но полагаются на наличие света, необходимого для фотосинтеза. В течение дня, когда энергия фотонов света позволяет осуществлять химические реакции образования глюкозы из углекислого газа и воды, происходит запасание веществ в виде крахмала, а затем в течение ночи – его употребление. Растения способны точно рассчитывать «приход» и «расход», чтобы запасов хватило ровно к моменту «пробуждения» с восходом солнца. Если же экспериментально укоротить продолжительность светового дня, то расход крахмала ночью будет более экономным, чтобы продержаться до утра. В некотором роде то же наблюдается и у животных. Если их держать на диете, то количество сна может снижаться, и они больше времени будут проводить в поисках пищи во время фазы бодрствования.
Существуют другие, более «драматические» механизмы, которые включают пробуждение, например апноэ во сне. При этом заболевании дыхательные пути перекрываются или сдавливаются, и паузы между вдохами могут длиться в несколько или даже несколько десятков раз дольше, чем обычно. Было установлено, что некоторые области мозга (в основном так называемый продолговатый мозг), а также нервные окончания на периферии, чувствительные к уровню углекислого газа и кислорода в крови, непосредственно влияют на мозговые структуры, которые запускают механизм пробуждения, главным образом через структуры гипоталамуса и базального переднего мозга.
Другой пример – это кластерные головные боли, которые происходят с удивительной регулярностью в течение дня и часто выпадают на ночной период. Неизвестно, что приводит к тому, что боль приходит в одно и то же время, но считается, что биологические часы в этом процессе играют важную роль. Так же как с уровнем кортизола, который постепенно увеличивается в течение ночи, предвосхищая момент пробуждения, или уровнем глюкозы, который постепенно падает, вероятно, существует множество других процессов, которые отсчитывают минуты сна и бодрствования, чтобы безошибочно сигнализировать время пробуждения, когда это имеет наибольший биологический смысл. И невероятно сложные физиологические механизмы легко могут быть нарушены, проявляясь, например, в виде кластерных болей или остановки дыхания.
Даже самые незначительные – по интенсивности или смысловому значению – стимулы могут быть эффективны для пробуждения. Многие тактильные рецепторы отвечают на раздражение только в начале и конце прикосновения. Мы спим, обернувшись одеялом, не чувствуя его, но просыпаемся при легком прикосновении чужой руки. Многие засыпают в движущемся поезде или летящем самолете, где уровень шума может достигать больше 100 децибел, но в тихой спальне легко могут вернуться к бодрствованию, если кто-то тихо позовет их по имени. Значит, во сне мы способны воспринимать и даже производить категоризацию стимулов? Как это происходит, пока непонятно, но в одной из научных работ по изучению функции орексиновых нейронов, например, было замечено, что они реагируют на звуки даже во сне. Возможно, это отражает процесс принятия «решения»: просыпаться ли или нет?
В дикой природе способность отслеживать стимулы, которые представляют реальную или мнимую угрозу, в реальном времени – важная функция, поэтому животные приобретают удивительные адаптации. Одно из исследований на диких утках показало, что птицы могут периодически спать с одним открытым глазом – это помогает им следить за тем, что находится вокруг, сканируя окружение на наличие хищников, например.
Явление коллективной бдительности было описано в экспериментах на голубях. Ученые регистрировали количество эпизодов сна с закрытыми и открытыми глазами у голубей, которые держались поодиночке и в стаях из двух, трех и шести птиц. Половина исследуемых голубей относилась к группе «высокого риска», которой перед сном показывали хищника, а другая половина – к группе «низкого риска», так как для них угрозы хищника не существовало. Результаты наблюдений показали, что индивидуальная бдительность снижалась с увеличением размера стаи и была выше у птиц из группы «высокого риска». Однако коллективная бдительность возрастала с увеличением размера стаи! Группы птиц с высокой степенью риска были более бдительны, чем стаи с низким уровнем риска. Иначе, способность к частым быстрым пробуждениям для мониторинга окружающей среды и «коллективный сон» оказываются стратегией, выгодной для выживания. Как писал американский исследователь сна Вильям Демент[40], перефразируя Шекспира: «Всегда кто-то должен бдеть, чтобы другие могли спать!»
Наши ожидания и представления о сне и его длительности существенно влияют на вероятность пробуждения.
Эволюция сна прошла длинный путь. От первичного «пробуждения» организмов и обретения дара движения (сначала – как реакции на внешние стимулы, затем – как самостоятельного действия целенаправленного характера) до возникновения сложных гомеостатических механизмов, которые запускают процесс бодрствования и сна, когда это необходимо для организма, а не потому, что зашло солнце. Внешние факторы, наши ожидания и представления о сне и его длительности существенно влияют на вероятность пробуждения, и все, что мы делаем или не делаем в течение дня, в свою очередь, влияет на сон следующей ночью. И так из дня в день: от момента рождения и до заката жизни.
История втораяСон в лунную ночьСовременные исследования
До сих пор обсуждается одна из популярных астрономических гипотез о появлении Луны в результате столкновения Земли с массивным небесным телом, и ученые находят новые свидетельства, которые подтверждают ее. А тот факт, что расстояние между Землей и Луной постепенно увеличивается, и последующее из этого предположение о невозможности жизни на планете в отсутствие ее естественного спутника дают повод для дискуссий не только в научной среде. Человечество, разглядывая небесного соседа в телескоп, бинокль или невооруженным глазом, задается массой вопросов, постепенно получая на них ответы, а матовый пятнистый диск, излучая очарование, продолжает приковывать взгляд – настоящая лунная магия. Это сейчас, а тысячи лет назад? Без сомнения, перед Луной благоговели и использовали ее – как умели.
Изделию из золота, серебра и бронзы, остроконечному колпаку высотой в 74,5 сантиметра примерно три тысячи лет. Одному из четырех подобных артефактов, найденных в Европе, дали название по месту его сегодняшнего хранения в музее немецкой столицы – Берлинская золотая шляпа. Ее вполне могли носить жрецы – хранители научных знаний во время особенных ритуалов, например ночью при полной луне или при ее затмении. Ряды орнамента, состоящего из сочетаний круглых символов выпуклых форм, разновеликих колец, точек и их последовательности, приводят к неизбежному вопросу: не таблица ли характерных астрономических событий, возможно лунно-солнечный календарь, нанесена на конусообразный объект? Ведь если знать, когда ночное светило освещает мир, оставленный без света на некоторое время солнцем, то возможности человеческой активности и на эти часы могут измениться. Лунные фазы использовались в навигации