Сон даже можно обнаружить у некоторых растительных организмов.
В первой половине прошлого века бельгийский ученый Фредерик Бремер, используя разнообразные методы исследования «топографии» функций мозга, установил, что область, которая поддерживает его обладателя в бодрствующем состоянии, находится в стволе мозга, то есть в са мом относительно примитивном его отделе. Бремер считал – впрочем, ошибочно, – что перерезка ствола мозга прекращает поступление сенсорной информации извне, что критически важно для того, чтобы оставаться в бодрствующем состоянии. Хоть, несомненно, внешняя стимуляция и важна, внутренних, эндогенных механизмов, скорее всего, достаточно для поддержания бодрствования. Так, даже в условиях полной сенсорной депривации сон не наступает немедленно.
Итальянский нейрофизиолог Джузеппе Моруцци, который с 1948 года и до конца своей жизни руководил Институтом физиологии Пизанского университета, в свою очередь, применял разнообразные методики стимуляции ствола мозга. Его исследования легли в основу современных представлений о так называемой восходящей активирующей системе мозга, которая находится в стволе головного мозга и отвечает за бодрствование. Последующие эксперименты, в основном использующие методики разрушения, перерезки, химической, фармакологической или электрической стимуляции различных областей мозга, в целом подтвердили заключения фон Экономо и Науты о том, что передний гипоталамус оказывает тормозящее влияние на области мозга, которые поддерживают бодрствование, приближая таким образом наступление сна, и наоборот. Именно на этом основании гарвардский невролог Клиффорд Сэйпер предложил гипотезу переключателя сна-бодрствования, также называемую «гипотезой триггера сна»[97]. Эта гипотеза основана на представлении о взаимотормозящем влиянии двух главных центров в мозге: один из них активен в состоянии сна, другой – бодрствования, и окончательное наше состояние, спим мы или бодрствуем, в каждый данный момент диктуется тем, какая система доминирует.
Быстро развивающиеся современные технологии позволяют творить чудеса. Сегодня можно не только следить за тем, что происходит в мозге, но и управлять мозговыми процессами «точечным» методом. Все благодаря тому, что разные типы нейронов в определенных структурах мозга часто обладают индивидуальными генетическими маркерами, которые позволяют их стимулировать направленно и обособленно. «Если мы могли бы заглянуть сквозь череп в мозг сознательно мыслящего человека и если место оптимального возбуждения было бы светящимся, – фантазировал в свое время Иван Павлов, – то мы увидели бы игру на поверхности мозга, яркое пятно с фантастическими волнообразными границами, которые постоянно меняются по размеру и форме, окруженной более или менее глубоким мраком». Красивая метафора превратилась в быль: не прошло и ста лет, как были открыты флуоресцирующие молекулы, которые можно встраивать в нейронную оболочку[98] и в буквальном смысле следить за тем, как нейроны зажигаются и гаснут в зависимости от уровня их активности. Использование таких оптических методов оказалось полезным не только для наблюдения активности мозга, но и для его направленного стимулирования.
Обнаружение другого класса молекул (родопсина), похожих по структуре и функции на опсины, которые присутствуют в сетчатке глаз и участвуют в передаче световых сигналов, позволило разработать технологию экспрессирования отвечающих на свет ионных каналов в нейронной оболочке (так называемой клеточной мембране, или плазмалемме), что помогло направленным образом их «открывать» и «закрывать» с помощью света. Открытие ионных каналов освобождает путь, чтобы транспортировать кальций или хлор, что в конечном счете приводит к возбуждению или торможению стимулируемого светом нейрона. Способ активации нейронов светом был предсказан еще британским биофизиком и нейробиологом Фрэнсисом Криком в 1970 году, и в последнее десятилетие подход, названный оптогенетикой, произвел настоящую революцию в нейронауке. Теперь стало возможным удаленно запускать или тормозить активность мозга с невероятной точностью и под временны́м контролем; наблюдать за изменениями в функции определенных структур мозга и даже поведения – что прежде всего подтвердило ранние исследования, в которых использовались примитивные методики перерезки или удаления частей мозга или электрической стимуляции. Однако эти эксперименты, увы, также обнаружили ожидаемую сложность в организации центров сна и бодрствования.
Каждые несколько месяцев выходит в свет очередная статья, которая рассказывает о стимуляции или торможении той или иной области мозга, что способствует пробуждению лабораторной мыши из сна или, наоборот, приводит к засыпанию.
Как бы это ни было интересно и значимо, но мы возвращаемся к вопросу, с которого начинали: что же это за состояние, которым мы пытаемся манипулировать, даже используя самые современные технологии? Мы имеем дело со сном, как мы его понимаем, довольно поверхностно и субъективно, и вопрос остается открытым, независимо оттого, движемся ли мы в правильном направлении или просто следуем нашей склонности поддерживать собственную точку зрения.
Алан Тьюринг[99], известный своим вкладом в развитие информатики, в 50-х годах прошлого века опубликовал в журнале по аналитической философии Mind важную в области искусственного интеллекта работу «Вычислительные машины и разум»[100]. Тест, названный впоследствии его именем и описанный в той статье, позволяет определять мыслительные способности компьютера, робота или любой искусственной системы, программы или приспособления, которые претендуют на наличие сознания. Испытание по Тьюрингу (игра – имитация) состоит в том, что человек вступает в произвольную беседу, не зная, разговаривает он с другим человеком или машиной. Если человек определяет, что его собеседник компьютер, то тест считается проваленным.
Настало время для того, чтобы разработать такого же рода тест, чтобы установить, является ли искусственно вызванный сон (или бодрствование) настоящим, то есть неотличимым от произвольного, физиологического сна или бодрствования соответственно. Представьте, что мы стимулируем некоторую область мозга лабораторной мыши и она засыпает. После ее пробуждения мы «спрашиваем» мышь о том, как ей спалось и был ли ее сон натуральным или неестественным: конечно же, не вербально, а с помощью объективных тестов. Проблема заключается в том, что спонтанные и искусственно вызванные состояния организма и мозга могут выглядеть неотличимо для исследователя, так что остается ждать до тех пор, пока сам экспериментальный субъект не сможет заявить о различиях. Пока он не окажется неспособным отличить искусственный сон от настоящего, тест Тьюринга на центр сна не может считаться пройденным.
История пятаяХанс Бергер«Психическая энергия», поймавшая электрические импульсы мозга
Антагонист сна – бессонница. Нежданная, докучливая и раздражающая, но не вызывающая беспокойства, если редкая. А если регулярная? И причины ее появления не связаны с напряженной и неотложной работой, длительными путешествиями и перелетами или какими-то другими волнующими событиями. Что делать? Единственный разумный совет – обратиться к врачу, а тот при намеке на серьезность проблемы обязательно начнет обследование с довольно простой процедуры – исследования электрической активности мозга пациента, который обратился за помощью. Сегодня снятие и запись ЭЭГ – это просто! На голову надевается шапочка-сеточка с закрепленными электродами, которые присоединены к электроэнцефалографу, а тот – к компьютеру. Реакция на свет и звук, глубокое дыхание или даже моргание записываются, все это позже учтется в графе «погрешность» при медицинском заключении. Несколько десятков минут покоя, перед которыми обязательно попросят попробовать ни о чем не беспокоиться. Противопоказаний к проведению процедуры практически нет. Этот названный за точность «чувствительным» метод регистрирует малейшие изменения функций мозга, вернее, электрические процессы, происходящие в нейронах его ствола и коры. Более 100 лет ушло на то, чтобы понять, как получать и анализировать результат. Один из создателей метода и первый исследователь, записавший электрические ритмы человеческого мозга, – немецкий врач и ученый Ханс Бергер. Ему было суждено жить в непростое время, но его упорство в достижении цели, которую он, кстати, так и не достиг, стóит того, чтобы о нем рассказать.
Современная электрофизиология началась с гальванизма, точнее, со случайного наблюдения в лаборатории итальянского врача Луиджи Гальвани. Удивившись факту зависимости мышечного движения от приложенного электричества, он первым и предположил существование «внутреннего электричества» у животных. В 1791 году исследования в этом направлении были собраны в трактат, в котором мышца определялась как своеобразный электрический конденсатор, возбуждаемый действиями мозга.
Будущий иностранный член Петербургской Академии наук, немецкий физиолог Эмиль Дюбуа-Реймон, поизучав богословие и философию, математику и геологию, увлекся выводами Гальвани. Занимаясь исследованиями в Берлинском университете, он с 1843 года начинает публиковать труды, посвященные «животному электричеству», которые стали первыми попытками оценки электрических явлений в тканях животных. Он же сконструировал аппарат, демонстрирующий «электрическую стимуляцию нервов». «Нервный импульс» – механизм передачи информации внутри нервной системы – был определен, и даже измерили его скорость. Основы современной электрофизиологии были заложены.