Два американских ученых, Натаниэль Клейтман[115], родившийся в 1895 в Кишиневе – тогда еще Российской империи, – и сын еврейских иммигрантов из Самары Евгений (Юджин) Азеринский[116], считаются одними из ключевых фигур в истории науки о сне. В конце 1940-х – начале 1950-х годов Азеринский, поступивший к уже известному метру профессору Клейтману в Чикагский университет, был вынужден заниматься сном – предметом клейтмановского интереса, – а точнее, наблюдать за работой аппарата, записывающего электроэнцефалограмму и другие виды активности спящих в лаборатории участников исследования: тонус мышц и движение глаз, например. Как-то Азеринский заметил, что в течение ночи глаза испытуемых начинают двигаться с определенной периодичностью, даже когда люди пребывают в состоянии глубокого сна. Клейтман, удивившись заявлению аспиранта, пришел в лабораторию сам. Почему это случалось? Не отражает ли движение глаз во сне его интенсивность или глубину?
Понятие глубина сна требуется отдельного пояснения. Обычно, когда говорят о глубоком сне, подразумевают, что спящего трудно разбудить с помощью сенсорных стимулов. Этот факт отражает один из главных критериев определения сна: во время сна требуется более сильный или более значимый раздражитель, чтобы вызвать на него ответ. Можно сказать о повышающемся так называемом пороге реакции. Это интересное, но довольно трудное для определения явление. Казалось бы, ясно, что во время сна мы должны быть защищены от посторонних факторов, которые влияют на структуру сна, чтобы избегать нежелательных последствий. Но как именно это реализуется, до сих пор неизвестно.
Один из самых наглядных примеров негативного последствия нарушения сна – частые и повторяющиеся пробуждения пациентов, страдающих обструктивным апноэ во сне. Апноэ характеризуется периодическими задержками или затруднениями дыхания, когда блокируются дыхательные пути, и иногда на несколько десятков секунд дыхание может совсем прекратиться. Обычно такие задержки дыхания заканчиваются коротким пробуждением, которое позволяет получить глоток жизненно необходимого воздуха. Пациент часто не помнит о них, но на следующий день чувствует сонливость и другие нарушения тех функций, которые должны восстанавливаться во время сна.
Естественно, пробуждение в таких случаях – важный и адаптивный процесс. Нетрудно представить, что если бы пробуждения не происходило, то прекращение доставки кислорода к мозгу привело бы к необратимым нарушениям структуры и функции нейронов, что мозг себе позволить не может, и, насколько глубоким ни был бы сон, сигнал о необходимости его прерывания тем не менее генерируется и запускает механизмы выхода из сна как раз вовремя, до того как необратимые изменения уже наступили.
В этом заключается следующий важный критерий определения сна: способность к быстрому возвращению в бодрствующее состояние или, иными словами, обратимость состояния сна. Этим сон отличается от комы, анестезии или зимней спячки и других нормальных и патологических состояний, при которых возвращение к бодрствованию или невозможно, или требует времени или особенно сильной стимуляции. Наша способность пробуждаться свидетельствует о том, что парадоксальным образом мы не полностью отключены, отделены от окружающей среды во время сна, но мозг продолжает внимательно наблюдать за происходящим как во внутренней среде организма, так и во внешнем мире.
Подводя итог, можно сделать любопытное заключение: когда мы спим, мы не только остаемся «онлайн» и сохраняем способность реагировать на сильные раздражители, но и можем осуществлять довольно продвинутые когнитивные операции – извлекать смысл из раздражителей, включая их семантическое значение, например.
Один примечательный эксперимент, который провели несколько лет назад, требует более детального рассказа. Участники исследования перед тем, как заснуть, должны были «поиграть в семантическую игру»: в зависимости от значения слова, которое они слышали в наушниках и которое обозначало живой или неживой объект, им предлагалось нажимать кнопки или правой, или левой рукой. При слове «кошка», например, кнопка нажималась правой рукой, при слове «стол» – левой. Электроэнцефалограмма снималась одновременно с обоих полушарий мозга участников эксперимента, и ее результаты явно показывали, что если испытуемые собирались нажать на кнопку правой рукой, в противоположном, левом полушарии мозга наблюдался так называемый потенциал ожидания, который сигнализировал о готовности совершить поведенческий акт правой рукой; если же испытуемые готовились нажать на кнопку левой рукой, потенциал ожидания отмечался в правом полушарии.
Эксперимент интересен сам по себе, например, тем, что изменения в мозге начинали происходить еще до того, как пациенты принимали сознательное решение нажать правую или левую кнопку. Нужно уточнить, что пока неясно, является ли акт нажатия кнопки в случае данного эксперимента «сознательным», но факт остается фактом: по наличию активности мозга в правом или левом полушарии можно было заключить, собирается ли испытуемый адекватно отреагировать на предъявленный стимул определенного семантического значения или нет. Во время эксперимента участники, выполняя задание, засыпали. В процессе перехода в состояние сна (что было ожидаемым) выполнение задания становились все менее и менее регулярным, поведенческие реакции угасали – люди просто-напросто переставали нажимать на кнопку.
И это неудивительно! Ведь прекращение движения, неподвижность – ключевой аспект, который отличает сон от бодрствования. Сон и движение несовместимы, и маловероятно, что мы отнесем движущегося субъекта к спящим, если только объект нашего наблюдения не страдает парасомнией, например сомнамбулизмом, или если перед нами не зомби. Отсутствие движения во сне имеет немаловажное эволюционное значение. Только представьте себе, что спящие организмы начнут перемещаться в пространстве! Мы уже обсуждали, что взаимодействие организма с окружающей средой существенно нарушено во сне, что включает в себя, помимо прочего, инициирование движения – спонтанное или в ответ на значимые изменения в окружающей среде – с целью достичь определенную цель. Но достижение цели требует постоянной обработки поступающей извне информации. Одного воображения в таком случае недостаточно, хотя оно тоже играет немаловажную роль, необходимо восприятие. Даже самые простые движения, как выясняется, требуют вовлечения сложной координации самых разнообразных областей мозга: начиная с самых нижних в иерархии, играющих роль в первичном восприятии сенсорной информации, заканчивая ассоциативными областями мозга, которые необходимы, чтобы принять решение и осуществить сложные поведенческие акты.
Отсутствие движения во сне имеет немаловажное эволюционное значение.
Представьте собственную реализацию своего желания: сорвать вкусное яблоко с дерева. Казалось бы, что может быть проще? Однако не стоит недооценивать эту задачу, ведь известно, что пациентам с разнообразными нарушениями мозга или двигательного аппарата даже это не всегда под силу. Попробуем разобраться, что происходит с нами после принятия решения сорвать яблоко. Осознание собственного желания: сорвать определенное яблоко, до которого можно дотянуться, а не то, которое висит на самой верхушке яблони, – это даже не первый пункт нашей задачи. Осведомленность в том, что такое яблоко и зачем оно вообще нужно, – с этого начинается обработка мозгом сенсорной информации, полученной нашими зрительными рецепторами, и извлечение из памяти наших знаний, представлений о яблоках. В основном, конечно, этот процесс происходит бессознательно[117].
Так или иначе, едва ли отдавая себе в этом отчет, каждый раз, срывая яблоко с дерева, мы решаем непростую геометрическую задачу. Положение яблока в пространстве описывается пространственными координатами: как высоко оно от земли, как далеко от ствола и как близка ветка с яблоком к нам. Эти величины должны как-то учитываться и далее преобразовываться в серию мышечных сокращений. Как минимум несколько десятков мышц должны сократиться в определенной последовательности и в определенной степени, чтобы не промахнуться и сразу ухватить яблоко рукой, – это называется сенсомоторной координацией. Если бы мир вокруг был однообразен и предсказуем, проще всего было бы иметь наготове генетически запрограммированный репертуар программ для осуществления движений. Исследующая философию сознания Патрисия Черчланд предполагает, что в таком случае мозг просто обращался бы к имеющемуся в наличии списку поведенческих актов, проверенных временем, эффективных и экономных. Но мир вокруг нас, к сожалению, сложный и непредсказуемый. Каждый раз всякое собственное действие, даже самое незначительное, приходится планировать заново, и каждый раз не только «включать» двигательный аппарат для выполнения нужного шага, но и в буквальном смысле включать воображение.
Комплекс программных средств так называемого нейронного эмулятора позволяет проследить за таким процессом и за тем, как он происходит. В нашем примере формирование модели движения, которое «проигрывается „офлайн“», и достижение или недостижение воображаемой цели регистрируются на вычислительном устройстве без вовлечения в процесс самого моторного акта. В зависимости от того, успешно ли мы достигли нашей цели в голове, программа, ответственная за запуск определенных мышечных групп в нужной последовательности, оптимизируется, и реальное осуществление движения произойдет точнее, а значит, задача будет выполнена успешно с большей вероятностью.
Несколько мозговых центров, таких как моторная кора, мозжечок и базальные ганглии, как считается, участвуют в работе нейронного эмулятора. Впрочем, не стоит забывать, что сам «эмулятор», по сути, – еще одна абстракция, которую мы выдумали для собственного удобства, для концептуализации, описания сложных, непонятных процессов в простых терминах. Так или иначе, мы хотим подчеркнуть важность крайне сложной, скоординированной работы большей части мозга для выполнения сенсорной интеграции, которая является необходимой составляющей осуществления произвольного моторного акта.