рируя экологический контекст.
Возвращаясь к теме «функции» или назначения сна, вспомним слова известного исследователя сна Аллана Рехтшаффена: «Если сон не выполняет какой-то абсолютно жизненно важной функции, то это самая большая ошибка эволюционного процесса, когда-либо совершавшаяся». Прогресс ошибается? Джулио Тонони и Кьяра Чирелли – американские нейробиологи итальянского происхождения – решили зайти с другой стороны и занялись поиском доказательств «нулевой гипотезы», которая подразумевает, что у сна нет никакой функции. Для этого всего-то нужно было найти животных, которые не спят вообще. Или определить существуют ли животные, которые не нуждаются в восстановлении или сне, когда они бодрствуют дольше, чем обычно. Так же поискать свидетельства того, что лишение сна может не влечь за собой никаких серьезных последствий. Известно, что если гипотезу невозможно опровергнуть, то она имеет шанс стать теорией и, следовательно, определить пути дальнейших исследований в ее рамках.
Неплохая идея, но как подойти к проверке этой гипотезы? Прежде всего необходимо определить некоторые начальные положения и существующие условия – точки отсчета и основы для рассуждений и планирования экспериментов. Мы уже обсуждали, что традиционные определяющие характеристики сна основаны на поведенческих проявлениях: относительная неподвижность и повышенный порог реактивности или способности быстрого реагирования на воздействия внешнего мира. На первый взгляд, все просто и понятно, но вопросов, на которые хотелось бы получить ответ, немало. Почему мы должны быть неподвижны и отключены от окружающей среды во время сна? Связано ли это именно с процессом сна? Является ли причиной сна или просто сопутствующим, побочным явлением – эпифеноменом? Вполне вероятно, что, не понимая, как сон происходит, вопрос о функции сна может попасть в раздел «некорректно поставленных». Некоторые ученые пытаются обходить трудный вопрос о функции сна стороной и просто изучают его, не задумываясь о том, зачем он вообще существует. Это, конечно, приносит плоды и может даже приближать нас к истине. Так опровергли старую догму о взаимоисключении бодрствования и сна, когда обнаружили локальный сон и предложили получающую все большее признание новую концепцию о размытии границ между состояниями мозга – такие прорывы помогают двигаться в правильном направлении.
За последние десятилетия был достигнут значительный прогресс в выяснении молекулярных и нейроанатомических основ процесса сна; тем не менее всё еще существует пропасть между существующими данными и истинным пониманием их биологического значения. Новые структуры мозга, вовлеченные в переключение сна на бодрствование и наоборот, обнаруживаются регулярно, вместе с этим растет и понимание сложности и молекулярной неоднородности внутри этих структур, что делает задачу определения их роли практически недостижимой. Так является ли предположение, что сон выполняет жизненно важную функцию (или имеет какое-то отношение к конкретным функциям) «плохой гипотезой» или «некорректно поставленной задачей»?
Мы вернемся к обсуждению идей Тонони и Чирелли чуть позже, а пока выясним, что такое «плохо поставленная задача» в науке. Та, которая не имеет уникального решения или решение которой зависит от постоянно меняющихся начальных условий. Полагая, что не найдутся удовлетворяющие результаты в дискуссии о функции сна, пока та будет вестись в одной плоскости (на уровне индивидуума), но перейдя в другую – как предусмотреть многомерные факторы взаимодействия организма и окружающей среды? Можно попробовать обойти проблему, рассмотрев регулирование сна и циркадианных ритмов как части одного и того же управляющего механизма. Тот в идеале обеспечивает адаптацию к специфической окружающей среде и уникальной экологической нише («умвельт») и учитывает предсказуемые и непредсказуемые изменения извне для сохранения клеточного, телесного и мозгового гомеостаза. Хорошая идея! Но снова очередная сложная проблема встает на пути и затрудняет установление причинно-следственных связей. В известном докладе под названием «Причина и следствие в биологии», опубликованном в Science в 1961 году, знаменитый эволюционный биолог Эрнст Майр писал: «Объяснение любых, кроме самых простейших, биологических явлений, требует, как правило, рассмотрения множества причин. Это особенно актуально для тех феноменов, которые можно понять только при рассмотрении их эволюционной истории». Выдержка напоминает известную цитату знаменитого американского генетика Феодосия Добжанского[169]: «Ничто в биологии не имеет смысла, если рассматривать это не в свете эволюции».
А не стоит ли и к нашей теме попробовать подобраться с определения причины или причин сна? Например, как это сделал Эрнст Майр, изучая причинную связь в биологии на примере миграции птиц на юг. Он установил четыре важных фактора птичьих перемещений, и каждый имел отношение к естественному отбору.
Первую причину ученый назвал экологической: птицы, питающиеся насекомыми, должны мигрировать, иначе они просто умрут от голода. Вторая, генетическая причина обусловлена ходом эволюционной истории, когда птицы оказались по происхождению (генетически) запрограммированы отвечать определенным образом на значимые стимулы из окружающей среды. Массовое передвижение на юг – третья причина – это и реакция на уменьшение продолжительности дня, и внутренняя физиологическая причина. Наконец, к внешней физиологической причине Майер отнес дату понижения температуры до отметки, которая становится сигналом к миграции – физиологически птицы уже готовы к полету. «Рассматривая эти четыре причины, – подводит итог ученый, – становится очевидным, что существует непосредственный набор оснований для миграции, состоящий из физиологического состояния птицы, который взаимодействует с фотопериодичностью и падением температуры. Можно назвать их первичными или непосредственными причинами миграции. Две другие – недостаток пищи в зимний период и генетический характер птицы – обстоятельства более высокого порядка. Это причины, которые имеют историю и которые были включены в систему в течение многих тысяч поколений естественного отбора. Их можно назвать конечными или фундаментальными».
Такие аргументы пока не были применены к исследованию сна, хотя нетрудно заметить, что и первичные – непосредственные, – и конечные – фундаментальные – причины сна существуют. Например, фундаментальной причиной можно определить нашу генетическую предрасположенность спать регулярно, определенное количество часов и в определенное время, в то время как непосредственной причиной является факт «повышенного давления» (желания) сна до уровня, когда сон возникает легко и непринужденно, стоит только сомкнуть глаза, после длительного периода без сна. Помните, мы уже обсуждали, что свет, включенный среди ночи, вызывает у мышей сон? Очевидно, сам свет – непосредственная, первичная причина сна, но конечной, основной причиной его «запуска» является либо ранее сформировавшаяся ассоциация между светом и сном, либо существование особых связей в мозге, смысл существования которых нам еще предстоит выяснить, но которые имеют выход на участки мозга, отвечающие за «переключатель» сна.
Стоит добавить, что приведенный пример с миграцией птиц совершенно не «притянут за уши» к предмету обсуждения – установлено, что физиологические изменения, которые готовят птиц к миграции, включают в себя значительное снижение количества сна. Исследователи сна психиатр Рут Бенка и Нильс Раттенборг обнаружили, что у перелетных птиц, которых оставили провести сезон миграции в клетке, сон в этот период сократился – птицы испытывали так называемое миграционное беспокойство, что приводило к добровольной бессоннице. Можно предположить, что механизмы сна, таким образом, влияют на формирование и проявление миграционного поведения наравне со множеством других факторов.
«Сложная форма отдыха» – все еще общепринятое представление о сне, сложившееся в процессе эволюции в ответ на периодичность дня и ночи. Ведь сон обеспечивал необходимую основу для защиты – компартментализации – жизненно важных физиологических и биохимических процессов, связанных с реагированием на различные стресс-факторы: вредное для биосинтеза макромолекул и репликации ДНК ультрафиолетовое излучение, источники питания, температурные колебания. Однако сон позволил организмам получить относительную независимость от биологических часов: животные стали спать не только потому, что внешние факторы способствовали этому, но и потому, что ощущали внутренние гомеостатические потребности во сне. Сон эволюционировал. А процесс начался с примитивного состояния, которое характеризуется общим снижением физиологических функций и метаболизма, необходимого для восстановительной или профилактической функции мозга или тела.
Гипотез о причинах сна довольно много, и прежде, чем обсудить некоторые наиболее авторитетные, систематизируем их в соответствии с несколькими основными критериями.
Во-первых, приносит ли сон пользу мозгу или всему организму? На каком уровне биологической организации следует искать функцию сна? Традиционно определения сна основаны на его проявлениях, связанных прежде всего с нервной системой, а последствия недостатка сна наиболее заметны в самочувствии и поведении. Поэтому считается, что понимание сна не может быть достигнуто без оценки его нейронного базиса. К сожалению, наблюдение, что сон и бодрствование сопровождаются драматическими изменениями в периферических процессах – циркулирующих гормонах, интенсивности обмена веществ и иммунной функции, – редко принимается во внимание. Важным свойством живых систем является существование множества уровней организации, связанных друг с другом причинно-следственными связями – от поведения всего организма до субклеточных и молекулярных процессов. Поэтому, даже если непосредственно наблюдаемые последствия лишения сна обнаруживаются на уровне поведения или нарушения памяти, нельзя исключать, что основная функция сна в конечном счете будет найдена все-таки на молекулярном уровне. Восстановление клеточных мембран или пополнение энергетических запасов, например. А для того чтобы эти процессы происходили наиболее эффективно или вообще могли происходить, необходимо полное отключение поведенческих реакций. С учетом влияния окружающей среды на спящий организм, которое подробно обсуждалось, утверждаем: сон нельзя определить без рассмотрения также дополнительных, внешних уровней организации в общую картину. Единство организма и окружающей среды должно стать существенной частью повестки дня исследований, посвященных функции сна.