й оно живет.
К сожалению, среда обитания приматов сокращается, на их сон заметно влияет деятельность человека. Очень трудно сегодня найти изолированные участки спокойного обитания толстых лори, в которых они жили тысячелетия до появления человека и его доминирования. Работающие в дневное время на полях крестьяне влияли на сон лори, нарушая его, и это, несомненно, важный экологический фактор и еще одна демонстрация того, как суточные ритмы одного вида могут влиять на цикл отдыха и активности другого.
Приведенные примеры иллюстрируют важные факторы в понимании сна – его происхождение и экологию. Как уже упоминалось выше, большая часть знаний о сне была получена в строго контролируемых лабораторных условиях и лишь у небольшого количества видов, в первую очередь грызунов: мышей и крыс[161].
При типичных исследованиях грызуны содержатся изолированно или небольшими группами в стандартной вентилируемой клетке при температуре окружающей среды в 20–22 градуса по Цельсию, что ниже предпочитаемой ими температуры как минимум на 6–7 градусов. Животных, как правило, обеспечивают пищей ad libitum – по желанию, то есть они имеют постоянный приток корма, который не нужно добывать, в течение суток! Трудно представить себе условия, более отдаленные от естественных, не так ли? Тем не менее эти условия считаются «золотым стандартом» проведения экспериментов на животных и часто представляются как единственный подход к устранению ненужных источников вариабельности. Выбор фиксированного цикла «свет – темнота» для содержания животных обычно останавливается на 12 часах, хотя хорошо известно, что свет является основным триггером в настройке циркадианных часов. Как и температура, которая также может играть значительную роль. Так или иначе, очень вероятно, что условия окружающей среды влияют на многие аспекты физиологии животных, которые, в свою очередь, сказываются на экспериментальных данных. И искусственные стандартные лабораторные условия, даже если они комфортны для животных, могут искажать понимание сна. К счастью, влиятельные научные журналы стали публиковать исследования, оспаривающие предположение, что лабораторная псевдостандартизация улучшает качество научных данных и делает их более воспроизводимыми. Но потребуется немало времени, прежде чем мы начнем применять более экологичный подход к изучению сна.
Печальная правда, однако, заключается в том, что большая часть наших нынешних знаний о сне была получена в лабораторных условиях и поэтому их нельзя распространить на другие среды или другие виды, что, очевидно, влияет на наши представления об основах биологии сна в целом. Формируется новая биологическая дисциплина, называемая экофизиологией, которая аргументирует важность изучения сна не только у обычных лабораторных животных, но и у существующих в дикой природе. Несколько лет назад были опубликованы результаты изучения длительности сна у ленивцев, живущих на воле и в неволе. Поразительно, но ленивцы спали в клетке примерно в два раза дольше, чем в естественных условиях. Бесспорно, эту находку нужно проверить и на других видах, но предположить о далеко идущих последствиях уже можно.
Сегодня много усилий приложено, чтобы изучить генетические и молекулярные механизмы заболеваний, в том числе и нарушения сна. Метод, который называется полногеномным поиском ассоциаций, позволяет определить регионы хромосом, где возникновение геномных вариантов коррелирует с конкретными фенотипическими признаками, включая риск возникновения специфических расстройств, таких как рак и сахарный диабет. Исследования по изучению генетических маркеров сна выявили несколько «кандидатов», которые сегодня изучаются на моделях животных. Возможно, результаты этих исследований укажут пути к коррекции расстройств и позволят разработать новые фармакологические методы лечения. Однако изучать гены, используя мышиную модель, независимо от того, насколько перспективной она была при исследованиях человеческих геномных ассоциаций, может ввести в некоторое заблуждение, если не принять во внимание факторы окружающей среды или контекст.
Известна, например, важная взаимосвязь между сном и метаболизмом. Существуют данные, свидетельствующие о том, что хроническое нарушение сна или работа в ночную смену могут предрасполагать к диабету и метаболическому синдрому. Нетрудно понаблюдать за конкретными процессами на мышах. Мыши в лабораторных условиях являются ночными животными и в течение многих поколений содержатся в стандартных условиях, далеких от естественных, – помня об этом, можно ли результаты, полученные в таких условиях, экстраполировать на человека?
Конечно, мы можем изменить «жилищные условия» лабораторных мышей, максимально приблизив их к естественным, но если сон имеет различное биологическое значение в зависимости от условий, для «истинного результата» может не хватить чего-то крохотного, но существенного – все усилия будут затрачены впустую. Подводя итог этим размышлениям, представляется необходимым прояснить роль окружающей среды во время сна, переосмыслить, что такое сон с точки зрения взаимодействия между организмом и его окружением – в качестве следующего шага исследований это может стимулировать появление новых идей и новых экспериментов, которые приблизят нас к истине.
Говоря о моделях животных, которые используются для понимания жизнедеятельности человека, трудно переоценить важность филогенетического и экологического подхода. Одним из самых популярных модельных объектов в генетических исследованиях является фруктовая мушка-дрозофила[162]. Нескольким научным работам (включая описание молекулярных механизмов циркадианного ритма), выполненным при помощи дрозофил, присудили Нобелевские премии. Однако только в последнее время насекомые стали привлекать к себе пристальное внимание как организмы для изучения генетической и нейробиологической основы сна. Когда швейцарский биолог Ирен Тоблер впервые сообщила о сне тараканов, результаты ее наблюдений встретили скептически. Тоблер скрупулезно описала целых девять различных поведенческих состояний тараканов, в том числе четырех состояний во время поведенческого покоя. Они напоминали сон по позе насекомого и коррелировали с пониженной реакцией на раздражители. Ученая также заметила, что лишение тараканов состояния покоя приводило к его компенсации, как только такая возможность появлялась, что говорит о том, что их покой регулировался гомеостатически. Эти исследования оказались новаторскими, открыв совершенно новую перспективу для понимания сна.
Последующие исследования не заставили себя долго ждать. Оказалось, что и плодовые мушки спят, насколько мы можем об этом судить по их поведению – сравнивая и разделяя сходные черты, определяющие сон у млекопитающих. А именно: характерную позу, неподвижность, повышенный порог пробуждения и все ту же способность компенсировать потерю сна. Фармакологические агенты, влияющие на сон человека, такие как кофеин и снотворные, были признаны эффективными и у мушек. И, как и у человека, сон у мушек регулировался циркадианными ритмами, нарушающимися со временем – при старении.
Литературы о сне мушек становится все больше, но дебаты о том, что же мы называем «сном» у мух, продолжаются.
Похож ли он на человеческий, например? Методология исследований играет важную роль, и полисомнография – компьютеризированное изучение сна с помощью регистрации электрической активности головного мозга, а также глазных яблок и мышц подбородка – является золотым стандартом мониторинга сна у людей и млекопитающих. Однако у мушек по понятным причинам чрезвычайно трудно записывать электрическую активность мозга. Поэтому их «сон» традиционно определяется на основе поведенческих критериев, а главное – по отсутствию движений.
Мушек по одной помещают в пробирку, на донышке которой находится агар[163], которым насекомое питается. Мушка может перемещаться из одного конца пробирки в другой. Инфракрасный луч, проходящий через середину пробирки, регистрирует эти перемещение. Таким способом можно оценить длительность неподвижного периода насекомого. Предположить, что она спит, – возможно. Однако семантика заставляет уточнять важные нюансы. Мы можем только предположить, что мушка находится в состоянии сна, когда она неподвижна. И это все, что мы знаем о ней в тот период, когда датчик не фиксирует перемещение мушки[164]. Но какие потенциально важные последствия для полученных результатов и общих выводов таит в себе это заключение! Как, впрочем, и готовность к неизбежным противоречиям оппонентов.
Недавние исследования мух доказали, что сон и бодрствование влияют на окислительно-восстановительный гомеостаз.
Например, было установлено, что в зависимости от того, как количественно определяются сон и неподвижность и как производится на этом основанное лишение сна, мушки могут умирать от этого или оставаться живыми, как если бы они не нуждались в каком-либо сне вообще[165]. Говоря о сне у млекопитающих, важно заметить, что центральным понятием является интенсивность или глубина сна, которая определяется предыдущей историей бодрствования. Как мы обсуждали ранее, классическое мерило интенсивности сна у млекопитающих, а также у птиц – уровень активности медленных волн ЭЭГ, который увеличивается пропорционально длительности предшествующего бодрствования. Такая мера у мух в настоящее время отсутствует, или, по крайней мере, доказательства ее в настоящее время весьма ограничены, и даже если бы она была хорошо установлена, ее не очень легко было бы получить в рутинных экспериментах, тем более что в них обычно участвуют сотни, если не тысячи, мух. Таким образом, необходимо определить другие характеристики сна, возможно основанные на каких-то иных аспектах физиологии, которые наблюдаются за пределами деятельности мозга.