[177]. Возможно потому, что нейроны пенумбры не получают достаточного возбуждения от своих соседей – их же никто не «будит»; и кровоснабжения в периинсультной области так мало, что его энергии недостаточно для локального пробуждения. Или же локальный сон играет какую-то функциональную роль, подобно глобальному сну, и, например, способствует восстановлению поврежденного участка мозга?
Нейроны не восстанавливаются, и возраст большинства нейронов в нашем мозге таков же, как возраст нас самих!
Если вы читаете эту книгу с начала, то помните о впечатляющих экспериментах с крысами, за которыми наблюдал Аллан Рехтшаффен: грызуны жили на дисках, расположенных над водой, а как только они засыпали, то падали в воду. Спустя несколько недель все участвующие в эксперименте ученого крысы обычно погибали. Удивительно, что гистологические анализы показали, что мозг животных был практически неповрежденным[178], и причина смерти установлена не была[179], но появилось предположение: в условиях длительной или тяжелой потери сна существует непреодолимое его вторжение в мозг. При этом, с одной стороны, нарушается функционирование нейронов, что препятствует нормальной обработке информации, но именно благодаря сну нейроны и выживают, делая обязательные перерывы в своей деятельности. Как хорошо известно, в большинстве областей мозга и у многих изученных видов животных нейроны не восстанавливаются, и возраст большинства нейронов в нашем мозге таков же, как возраст нас самих!
Итак, появление медленных волн сна нарушает некоторые аспекты обработки внешней информации в мозге, но определенные типы переработки информации вполне могут происходить и во сне. Представление об открытии «долгосрочных тайников», хранящих следы памяти, может быть подходящей метафорой процессу, за который отвечает выборочное усиление работы в мозге определенных синаптических контактов, называемой долговременной (длительной) потенциацией. Свидетельств, что сон играет роль в различных видах памяти, достаточно много, они складываются в популярную сегодня теорию[180]. Однако, даже несмотря на корреляционные исследования, предполагающие существование связи между сном и функцией памяти, придумать хорошо контролируемые эксперименты, которые устанавливали бы эту причинно-следственную связь, довольно трудно. Особенно с учетом появления другой «влиятельной» гипотезы синаптического гомеостаза, утверждающей, что синаптические связи, напротив, ослабляются во время сна, который приводит к выборочному устранению слабых синапсов и в итоге – к сохранению более сильных связей, улучшающих отношение сигнал-шум. В соответствии с этой точкой зрения необходимо отключиться от окружающей среды во время сна для более эффективного офлайн-отбора и сортировки, по словам Тонони и Чирелли, «статистических закономерностей, включенных в нейронные сети на протяжении всей жизни». Но и эта идея, которая поддерживается прямыми и косвенными доказательствами, все же остается спорной: «механизм», управляющий ослаблением синаптических контактов, неясен! И если предположить, что утрачивание синаптических контактов во время сна подразумевает «умное забывание» – устранение слабых и ненужных синапсов, приводящих к укреплению сильных ассоциаций, – то и эта гипотеза косвенно подтверждает теорию консолидации системной памяти.
Неудивительно, что сторонники обоих представлений – об усилении и об ослабевании синаптических связей во время сна – проявляют большой интерес к возможности селективного улучшения сна с помощью неинвазивной стимуляции мозга – например, звуковой[181]. Исследования подтверждали, что медленные волны могут быть как подавлены, так и вызваны – в зависимости от того, во время какой фазы спонтанной активности применяется внешний раздражитель. Это означает, что создать более поверхностный или более интенсивный сон можно, а для нашей цели – поиска функции сна – это очень важно. И этот факт снова напоминает о замечательной особенности сна как отражения динамической взаимосвязи организма и внешней среды. С одной стороны, сон определяется отключением от окружающего мира, а с другой стороны, сенсорная стимуляция может влиять на его глубину.
Поведенческая реакция на внешнюю информацию уменьшается во время сна, но не сразу – на начальном этапе поступления информации в мозг нейроны в первичной сенсорной коре продолжают отвечать на стимулы. Возможно, к моменту появления медленных волн сознание перестает воспринимать информацию, если только внешний стимул не является особенно значимым. Но! Мозг получает информацию не только извне (через так называемые экстероцепторы), но и изнутри, от внутренних органов (это называется интероцепцией). Известный российский физиолог Иван Пигарёв[182] предложил так называемую висцеральную теорию сна (2013), объясняющую переход ко сну переключением в таламусе мозга от анализа экстероцептивной информации на интероцептивную. Пока мы не спим, мозг обрабатывает в основном внешнюю информацию, которая поступает из рецепторов, расположенных на поверхности тела, органов чувств, таких как глаза или уши, например. Напротив, во время сна мозг становится открытым для обработки интероцептивной информации, поступающей от рецепторов внутренних систем и органов, например из кишечника.
Как известно, стенка кишечника содержит в себе относительно независимую энтеральную нервную систему, которая является частью вегетативной нервной системы, отвечающей за сократительную функцию стенок кишечника и желудка и регуляцию их секреторной деятельности. Пигарёв и его коллеги сделали удивительное наблюдение: перистальтическая активность кишечника коррелирует с медленными волнами на ЭЭГ и даже на самом деле может их вызывать! Ученые считают, что этим важным функциональным фактом объясняются многочисленные негативные последствия лишения сна, которые наблюдаются на периферии, включая функционирование внутренних органов, гормональные изменения или метаболизм. Недавно было установлено, что хроническое лишение сна приводит к накоплению реактивных продуктов окислительно-восстановительных реакций, происходящих в клетках, в частности в кишечнике, что может способствовать летальному эффекту. Но Пигарёва, к сожалению, цитируют редко, его теория остается незамеченной, хотя она явно указывает на новое направление исследований сна. Просто печальная история греческой пророчицы Кассандры, в предвидения которой никто не верил. Известный науке факт: некоторые теории обречены оставаться незамеченными и не принятыми сообществом, в то время как другие становятся чрезвычайно популярными в течение долгого времени, по крайней мере пока они привлекают финансирование и талантливых студентов, очарованных харизматическими создателями этих теорий.
Как же все-таки приблизить понимание целей и причин сна? Является ли гипотеза о функции сна тестируемой – или это все же «плохая гипотеза» и «некорректно поставленный вопрос»? Служит ли сон верную службу мозгу и всему организму или он нужен для чего-то еще? Сон – это то, чего мы пока не научились избегать. И у нас нет выбора: мы должны спать, точка. И только рассмотрение сна во всей его полноте и сложности, как явления и процесса, который происходит на разных уровнях биологической организации, может быть ключом к прогрессу в области сна.
Уроки, извлеченные из исследований циркадианных ритмов, могут оказаться очень полезными. Известно, что каждая клетка в супрахиазматическом ядре гипоталамуса функционирует, по сути, как автономные часы. Но если измерять периоды, генерируемые отдельными клетками, то они будут сильно различаться. Откуда тогда берется 24-часовой ритм? Группа исследователей из Гарварда, основываясь на математическом моделировании и дальнейших экспериментах, обнаружила, что отдельные нейроны в супрахиазматическом ядре, влияя друг на друга, могут синхронизироваться во времени и пространстве. Это пространственно-временное усреднение между отдельными независимыми осцилляторами приводит к появлению одного, доминантного сигнала, который регулирует периодичность на уровне всего организма, а она максимально приближена к периоду вращения Земли. Новейшие исследования свидетельствуют о том, что нечто подобное может происходить и в отношении сна. Ведь он представляется процессом, зависимым от предшествующей активности: чем активнее был нейрон во время бодрствования, тем больше восстановления или обслуживания ему потребуется. Очевидно, что участие в различных видах деятельности отдельных нейронов отличается; следовательно, они могут иметь и разные потребности во сне. И глобальный процесс гомеостаза сна возникает в результате пространственно-временной интеграции локальной деятельности многих миллионов нейронов, каждый из которых представляет собой минимальную единицу бодрствования и сна.
Участие в различных видах деятельности отдельных нейронов отличается; следовательно, они могут иметь и разные потребности во сне.
Эта точка зрения вполне совместима с преобладающей идеей о том, что сон играет роль в восстановлении, однако сам процесс может иметь и особенное биологическое значение. Изменения во время бодрствования могут не только отражать накопление необходимости восстановления, но и обеспечивать внутренний механизм хронометра, точно отслеживающего время, проведенное в периоды бодрствования и сна. Разумно предположить, что в результате бодрствования отдельные нейроны или области мозга могут испытывать совершенно разные потребности в восстановлении, и поэтому-то важно, чтобы глобальный сон отражал среднюю потребность во сне по различным областям мозга. Другими словами, процессы, происходящие на микроуровне отдельных нервных клеток, в конечном счете влия