Делала ли эволюция ошибки? Мы не будем утверждать обратное. Наш мир далек от совершенства, и в идеальном случае потребуется не меньше нескольких миллиардов лет, чтобы исправить неправильности, совершенные эволюцией, и предотвратить новые неудачные шаги. Впрочем, на вопрос можно посмотреть и по-другому. А что если «ошибки природы» на самом деле таковыми не являются? Возможно, неудачные решения – на наш современный взгляд – имеют какое-то другое, более глубокое эволюционное значение, которое все еще для нас не очевидно или трудно постигаемо (даже на основании имеющихся в нашем распоряжении знаний и представлений о жизни).
Скорее всего, вы слышали о существовании заболеваний, связанных с мутацией генов. Серповидноклеточная анемия – пример одного из таких недугов, при котором нарушается структура белка гемоглобина, что влечет за собой изменение формы эритроцитов, и те становятся «серповидными». Наследственные изменения, вызванные заболеванием, получают потомки, и естественно предположить, что если бы мутация имела только отрицательные последствия, то давно была бы исключена эволюционным процессом. Однако этого не произошло! Серповидноклеточная анемия в большей мере распространена в тех областях земного шара, где часто встречается малярия, и примечательно, что носители этой мутации обладают определенной защитой от малярийного паразита Plasmodium, который предпочитает страны с подходящими климатическими условиями для быстрого размножения.
Другой пример: сбой в работе организма, приводящий к нарушению обмена веществ, которое в свою очередь может способствовать накоплению избыточного веса, – без сомнения, патологическое состояние. Но почему в таких случаях гены, ответственные за возникновение избыточного веса, до сих пор существуют? Кстати, несколько современных теорий предполагают, что в определенных условиях накопление резервов – это не что иное, как механизм приспособления к надвигающемуся неурожаю и голоду. Можно ли в таком случае считать избыточный вес «ошибкой природы»?
Даже некоторые психиатрические заболевания, такие как депрессия, могут непосредственно или опосредованно служить выживанию. Недавно британский нейропсихиатр, кембриджский ученый Эд Буллмор выдвинул теорию об иммунологическом происхождении депрессии. Он заметил, что симптомы, которые сопровождают состояние депрессии, идентичны признакам недомогания или инфекционных заболеваний, проявляющихся в виде лихорадки. Защитная реакция заболевшего организма приводит к подавленному состоянию и отсутствию стремления кого-либо видеть. Такая вынужденная изоляция от общества необходима, чтобы уменьшить возможность распространения инфекции вовне. В тяжелых случаях, особенно среди животных, изоляция может проявиться со стороны своей группы или стаи, что, скорее всего, приведет к смерти, причиной которой будет голод, холод или хищники. Но результатом такого опыта станет выживание группы и вида в целом ценою жизни каждого отдельно существующего организма.
Считается, что старение и смерть – это самый яркий пример того, как индивидуумы жертвуют собственной жизнью для успеха и выживания собственного вида. А что же происходит со сном в течение жизни? Играет ли он одну и ту же роль от момента рождения и до мгновения смерти?
Несколько столетий назад сон сравнивался со смертью, и до сих пор встречается употребление этого сравнения, в переносном значении, конечно. Шотландский врач и философ XIX века Роберт Макниш в своем знаменитом трактате «Философия сна»[80], выдержавшем пять изданий только при жизни автора, констатировал, что сон – это промежуточное состояние между бодрствованием и смертью. Естественно, сравнение сна со смертью в понимании последней как необратимого прекращения всех жизненных функций все же скорее поэтический прием, создающий определенный эмоциональный настрой, – каждому известно, что жизненные функции организма и мозга не прекращают свою деятельность даже в самых глубоких стадиях сна. Но как насчет сознания или, точнее, его отсутствия? Можно ли сравнить исчезновение самосознания во сне со смертью?
Сон – это промежуточное состояние между бодрствованием и смертью.
Во время сна без сновидений наше существование прекращается, по крайней мере для спящего субъекта. Глубокая анестезия (общий наркоз), которая необходима для проведения операций, сравнивается со сном. Врачу проще привести привычную, знакомую всем метафору о сне, чтобы пациент чувствовал себя комфортнее, чем объяснять детали искусственно вызванного наркозом состояния, скорее похожего на кому – «глубокого сна» в переводе с древнегреческого языка. Коматозное состояние в некотором смысле можно поместить в континуум между сном и смертью. Оно может наблюдаться при травмах мозга и после инсульта, когда нарушаются связи между мозговыми центрами, которые отвечают за поддержание сознания и бодрствования, или происходит разрушение этих центров от механического воздействия или прекращения доставки кислорода. Существует множество типов коматозных состояний, но в ряде случаев электроэнцефалограмма во время комы действительно может выглядеть похожей на глубокий сон, во время которого мозг переходит из состояния бодрствования в синхронизированное состояние, когда миллионы нейронов начинают разряжаться и замолкать в унисон с периодичностью в несколько секунд. Мозговая активность в коме характеризуется относительно «простым» паттерном электрической активности, и если измерить количество разрядов, так называемых потенциалов действия, спайков (пиков) электрической активности, производимых нейронами, то можно проследить, как они начинают появляться практически одновременно в разных областях коры мозга: вверх, вниз, вверх, вниз. Считается, что именно этот паттерн (характер активности) приводит к потере сознания. Чем меньше информации содержится в мозговых разрядах, чем проще и однообразнее поведение нейронных сетей, тем меньше возможности для реализации сложной динамики нейронных взаимодействий, которые необходимы, чтобы поддерживать сознательные процессы.
Но самое занимательное в истории с коматозным паттерном активности мозга – это то, что в раннем возрасте и особенно у детей, родившихся раньше срока, наблюдается подобная картина. Точнее, первая из наблюдаемых – именно такая. Множество беспорядочных связей между нейронами скоординированно генерируют только самые простые ритмы – проявление «незрелого» паттерна активности мозга, – такие же, какие наблюдают исследователи у взрослого мозга во время комы, когда прекращаются активирующие влияния, приходящие из подкорковых областей и таламуса. Некоторые ученые считают, что подобные примитивные паттерны электрических разрядов можно описывать как в некотором роде «дефолтное» состояние нейронных сетей, и поэтому предлагают считать сон дефолтным состоянием мозга и организма вообще.
Профессор Института молекулярных биологических наук Университета штата Вашингтон Джеймс Крюгер внес большой вклад в развитие представлений о сне, предложив теорию возникновения сна на уровне нейронных групп. Исследования Крюгер проводил вместе со своим венгерским коллегой Ференцом Обалом (младшим) с 1987 года. Знаменитый американский иммунолог, лауреат Нобелевской премии Джеральд Эдельман оказал огромное влияние на Крюгера и Обала, воодушевив их на выбор направления поиска. А сам Эдельман, решительный сторонник Чарльза Дарвина, в 1977 году предложил новый подход к пониманию глобальной функции мозга, оформив его в теорию нейронного дарвинизма или нейродарвинизма – чуть позже в 1987 году вышел 400-страничный манускрипт ученого «Нейронный дарвинизм: теория отбора групп нейронов»[81]. Взгляд Эдельмана на функции мозга и нервной системы, в итоге распространенный и на принципы понимания возникновения сознания, научная публика объявила радикальным – в смысле затрагивающим основы основ множества дисциплин. Автор теории считал, что изначальный репертуар существующих связей между нейронами сначала избыточен и хаотичен, но рафинируется и реорганизуется сначала путем «отбора в процессе развития», а затем «отбора опытным путем». Название учение получило по аналогии с термином естественного отбора – движущей силой эволюции, которая способствует выживанию наиболее приспособленных индивидуумов и видов, что относится и к развитию мозга. Оно сопровождается сохранением только тех нейронов и их связей, которые «успели» встроиться в общую организацию мозговых структур таким образом, что стали играть определенную важную роль для конкретных мозговых функций. Стабильная активность таких сформировавшихся нейронных групп способствовала их выживанию и сохранению в процессе развития[82].
Мозг, как самая активная часть организма, требует постоянной доставки кислорода и питательных веществ, чтобы поддерживать свою деятельность и быть готовым получать и перерабатывать информацию. Поэтому главное в развитии мозга – сохранить как можно меньше связей и нейронов, но без утраты их общей функции. Именно это определяет в значительной степени развитие сна в раннем возрасте и характерные изменения сна в процессе жизни и старения.
Роль сна в развитии мозга – тема, привлекающая внимание многих ученых. Как известно всем, даже не академикам, после рождения детеныши большинства животных много спят, как и человеческие младенцы. Интересен факт, что количество сна во взрослом состоянии намного выше у тех видов животных, которые рождаются незрелыми. Сон после рождения выглядит скорее недифференцированным: он содержит черты как парадоксального сна (быстрого, с быстрыми движениями глаз – REM-фаза сна), так и ортодоксального (медленноволнового – NREM-фаза) сна, впрочем, не преобладающего в период раннего развития. Затем два типа сна становятся более ярко выраженными, хотя у детенышей наблюдается преобладание фазы быстрого сна. Марк Блумберг, в настоящее время заведующий кафедрой психологии и науки о мозге в Университете Айовы, посвятил много времени исследованиям роли парадоксальной (REM) фазы сна в развитии организма. Он обнаружил, что «ранний сон» – сон в раннем возрасте, – который изучают на лабораторных мышах, характеризуется спонтанными и беспорядочными сокращениями мышц, они сопровождаются появлением мозговых волн в тех областях коры мозга, которые отвечают за движение или получение и обработку сенсорной информации.