power nap по-английски. Термин был введен психологом Джеймсом Маасом в 1998 г. Он обозначает короткий период сна, позволяющий добиться улучшения когнитивных показателей. Однако даже при таком сне следует соблюдать меру, не следует уходить слишком далеко, в глубокий сон, иначе когнитивные показатели вновь ухудшатся. В исследовании, проводившимся в 2006 г. в Австралии, было показано, что наибольшим эффектом сопровождались 10-минутные засыпания. Положительный эффект проявлялся сразу после пробуждения и длился до 155 минут. При сне, длившемся 5 или же 20–30 минут, улучшения либо не отмечалось, либо его эффект развивался медленнее и длился меньше, чем для 10-минутного сна{44}. В наибольшей степени дневной сон оказывается полезен для заучивания какой-либо последовательности действий – за это отвечает так называемая «процедурная» память. Так что учиться играть на гитаре или кататься на коньках лучше всего, прерывая обучение кратковременным дневным сном.
Восстановительная теория сна, которая объясняет, что сон нужен для тонкой настройки внутренних органов и вообще для восстановления физических сил, может с успехом применяться и для объяснения того, почему психическая активность после сна оказывается более успешной. Так, учеными было показано, что интенсивность энергетического обмена в мозге во время сна уменьшается так же, как и во всех остальных внутренних органах. Методом позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ), который позволяет оценивать интенсивность обмена веществ в конкретном органе, было показано, что поглощение глюкозы – главного источника энергии, в спящем мозге по сравнению с периодом бодрствования уменьшается в два раза. Интересно, что это уменьшение относится только к периоду медленноволнового сна (для людей чаще используют более короткий термин «медленный сон»), в то время как в фазе парадоксального сна (для людей для обозначения этой фазы сна используют термин «сон с быстрыми движениями глаз» или, короче, «быстрый сон») происходит по-другому. У людей в быстром сне обмен веществ в мозге, наоборот, ускоряется, превышая таковой в состоянии спокойного бодрствования. Этот факт не вызывает заметного изменения показателей энергетического обмена в течение всей ночи, поскольку быстрый сон у людей занимает только 20–25 % общего времени сна, а у некоторых животных – и того меньше. Так, за счет снижения метаболизма в период медленного сна и за весь период сна в целом уровень основного обмена в итоге оказывается более низким, чем в бодрствовании, и энергия организмом экономится.
Показано, что уменьшение потребления глюкозы мозгом во сне не связано со снижением ее поступления. Если сравнивать период сна с периодом бодрствования без приема пищи, то во сне концентрация глюкозы в крови остается такой же, она поддерживается механизмом секреции инсулина поджелудочной железой, расщепляющим лишнюю глюкозу. В то же время в самих клетках мозга во время сна глюкозы становится больше, поскольку в других местах организма она расходуется значительно слабее. Состояние медленного сна сопровождается очень экономной работой нервных клеток, что можно видеть на электроэнцефалограмме в виде так называемых медленных волн. Высокоамплитудная электрическая активность в виде медленных волн частотой 0,5–4 Гц возникает, когда большие группы находящихся рядом нейронов синхронно активируются, а затем «замолкают». В бодрствовании основной ритм ЭЭГ иной – каждый нейронный ансамбль работает в своем режиме, поэтому электрические сигналы от этих групп нейронов не суммируются и не достигают большой амплитуды. Такая разнородная активность обеспечивает более высокую базовую частоту альфа-активности бодрствования 8–13 Гц.
Таким образом, энергия во время сна экономится за счет того, что энергетические потребности мозга во время сна снижаются. Кроме этого, было показано, что во сне происходит еще и запасание новой энергии. Основным видом активности нервных клеток является генерация электрического импульса, которая становится возможной за счет работы ионных каналов, избирательно пропускающих ионы калия (K+) и натрия (Na–) внутрь клетки. Источником энергии для обеспечения работы этих каналов является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), которая представляет собой молекулу аденозина, к которой присоединены три остатка фосфорной кислоты. При отсоединении каждого из этих остатков в процессе химической реакции выделяется большое количество энергии. В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ. У человека продолжительность жизни одной ее молекулы составляет менее 1 минуты.
Если освежающий эффект сна определяется тем, что за его время происходит запасание молекул АТФ (зарядка клеточного «аккумулятора»), то в мозге животных во время сна количество АТФ будет высоким, а во время бодрствования – более низким. Исследования, проведенные сотрудниками Гарвардского университета в Бостоне, США, в 2010 г. подтвердили это предположение{45}. В лобных отделах мозга крыс было обнаружено увеличение содержания АТФ во время сна. Таким образом, восстановительная функция сна применительно к ЦНС заключается не только в экономии энергии, но и в запасании ее для активной работы в бодрствовании.
Восстановительная функция сна на системном уровне проявляется в предотвращении ухудшения когнитивных функций в течение времени. Чем дольше человек остается бодрствующим, тем в большей степени у него ухудшаются такие когнитивные показатели, как внимание, память, планирование и др. В настоящее время этот феномен начинают объяснять с точки зрения теории «локального сна» – если сам тест или же период бодрствования продолжаются очень долго, то задействованные в его выполнении области мозга периодически начинают «задремывать» и показатели выполнения ухудшаются, что в итоге и приводит к ухудшению когнитивных функций. Даже короткие периоды сна сопровождаются улучшением показателей тестов, поскольку после него вероятность локального засыпания отдельных областей мозга уменьшается. Иными словами, в отношении некоторых когнитивных функций восстанавливающий эффект сна объясняется не накоплением энергии в нервных клетках, а уменьшением вероятности их засыпания во время теста.
Отдельной функцией, которую сон призван выполнять для успешного функционирования нервной системы, является обеспечение процессов нейропластичности. В данном случае состояние сна рассматривается не как энергосберегающий, восстановительный, а, наоборот, как энергозатратный процесс, который, однако, способствует оптимизации нейрональных связей и экономии энергии в дальнейшем. Нейропластичность – популярное слово в современной науке. Она определяется как свойство человеческого мозга, заключающееся в возможности изменяться под действием опыта, а также восстанавливать утраченные связи после повреждения или в качестве ответа на внешние воздействия. Кроме появления новых нервных клеток к этому феномену относят возникновение или разрушение синаптических связей и функциональную перестройку отдельных областей мозга.
«Нервные клетки не восстанавливаются», – говорим мы друг другу, имея в виду, что не стоит слишком волноваться, так как последствия для нервной системы будут непоправимыми. «Восстановление нервов», точнее появление новых нервных клеток в зрелом возрасте, является одним из доказанных проявлений феномена нейропластичности. Вопреки распространенному мнению некоторые нервные клетки возникают вновь из недифференцированной клетки-предшественницы взрослого животного. Это доказано для клеток обонятельного тракта млекопитающих, вплоть до приматов (обонятельные нервы как бы постоянно растут из мозга), и для клеток гиппокампа – главного «процессора» памяти{46}. Изучать роль сна в обеспечении этой формы нейропластичности, судя по всему, еще рано – убедительных методов оценки того, как изменяется стволовая клетка в течение короткого времени, не существует. В то же время для изучения роли сна в процессах синаптогенеза (организации связей) методологический аппарат хорошо разработан, поскольку этот вид нейропластичности является основой для запоминания и обучения.
Состояние сна рассматривается как необходимое условие успешной консолидации памяти – перехода информации из кратковременной (оперативной) в долговременную память (по аналогии со складированием информации на жесткий диск компьютера). Для того чтобы событие запомнилось, в мозге формируется след памяти, или энграмма – путь электрического импульса по тысячам последовательно соединенных нейронов. Эти следы и подлежат «укреплению» в процессе сна. Состояние сна благоприятствует процессам запоминания, поскольку в это время внешние впечатления исключаются и нейронам не нужно «отвлекаться» – отсутствует «интерференция», которая сильно мешает запоминанию в бодрствовании. Соединения нейронов в следах памяти осуществляется посредством синапсов контактов между клетками, в которых электрический сигнал передается посредством химических веществ. Процесс синаптогенеза регулируется сигнальными молекулами, в число которых, например, входит и универсальный тормозной медиатор – гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).
Состояние сна способствует образованию новых синапсов или, наоборот, затрудняет этот процесс в зависимости от предшествующей сну активности. В опытах с закрыванием одного глаза мыши было показано, что в части зрительного тракта и первичной зрительной коры, которые были соединены с закрытым глазом, во время сна наблюдалось уменьшение числа синапсов, в то время как в противоположном (относящемся к активному глазу) полушарии число синапсов во время сна увеличивалось. Кроме увеличения числа синапсов во время сна после тренировки у животного увеличивается и число дендритных шипиков нейронов – отростков, которые тянутся к другим нейронам, чтобы образовать с ними синапс, «синаптических заготовок». При ограничении времени сна число этих шипиков уменьшается