Научные исследования сна

Часть 1. Электроэнцефалографическое исследование сна.

В 1924 году австрийский психиатр Ганс Бергер приклеил к голове добровольца металлические пластинки, соединил их с гальванометром и увидел на шкале колеблющиеся потенциалы напряжением несколько тысячных вольта. Изменения биопотенциалов во времени вычерчивались самописцем в виде кривых. Эти изменения Бергер назвал волнами. Так родилась электроэнцефалография.

Для подлинного расцвета электроэнцефалографии потребовалось еще лет десять, в течение которых, были разработаны высокочувствительные усилители, и началась классификация мозговых волн или ритмов. Расцвету электроэнцефалографии сопутствовала бурная вспышка фантазии среди широкой публики. Только и было разговоров, что о чтении мыслей, закодированных в узоре электроэнцефалограммы. К счастью, о мыслях можно только догадываться: ритмы, которые записаны на электроэнцефалограмме, отражают лишь среднее электрическое состояние сотен миллионов нейронов. Правда, и это состояние способно рассказать о многом, прежде всего о преобладающих в данный момент эмоциях. А также об условиях сна и бодрствования.

Бергер обнаружил, что во время сна на электроэнцефалограмме видны медленные высоко амплитудные волны, а во время бодрствования – быстрые низко амплитудные. Английский нейрофизиолог Эдриан предложил оценивать эти волны с точки зрения синхронизации или десинхронизации работы нейронов. Под синхронизацией понимается такой процесс в тканях мозга, когда значительное число нервных элементов, поля нервных клеток и образований, начинают работать в едином ритме. В результате записывается относительно простой и четкий ритм. Под десинхронизацией понимается нарушение синхронной работы масс нервных клеток, частотных и фазных взаимоотношений в активности нервных элементов, ранее работавших в едином ритме. Медленные волны сна отражают собой синхронную, то есть одновременную, работу нейронов, а быстрые волны бодрствования – десинхронизацию. При напряженном бодрствовании электроэнцефалограмма выглядит почти плоской линией: нейроны работают в разнобой и не могут сложить свои импульсы в отчетливый рисунок.

На первый взгляд, чем интенсивнее деятельность, тем ярче должен быть ее электрический эквивалент. Так оно и бывает при записи биотоков со скелетной мышцы или сердца. А тут все наоборот. Отчего же? Почти прямая линия на электроэнцефалограмме, лишь иногда украшенная низковольтными колебаниями, - это как бы равнодействующая многих тысяч самостоятельных импульсов.

Когда нейрофизиологи, экспериментируя над животными, начали снимать электроэнцефалограммы уже не со скальпа, а прямо с мозговых структур, стало совершенно очевидно, что сон – это весьма активный процесс, вызванный энергичной деятельностью синхронизирующих механизмов. Вживленные в кошачий мозг электроды показали, что во время бодрствования половина нейронов возбуждена (левое полушарие мозга), а половина заторможена (правое полушарие мозга). Во время сна тоже: половина возбуждена, а половина заторможена, только половины эти как бы поменялись местами. Впоследствии же обнаружилось, что во сне многие нейроны даже усиливают свою спонтанную активность, а возбудимость нейронных систем в проекционных зонах коры чуть ли не выше, чем у бодрствующего мозга.

Первая классификация стадий сна, основанная на показаниях электроэнцефалографа, была предложена английскими нейрофизиологами Лумисом, Хобартом и Девисом в конце 30-х годов. Лет через двадцать ее упростили. Всего получилось четыре стадии сна. Во время первой стадии на электроэнцефалограмме виден альфа-ритм частотой 8-12 герц. Постепенно он становится неравномерным, периодически исчезает. Электроэнцефалограмма представляет собой почти ровную линию, на фоне которой появляются волны более низкой частоты, а именно тета-ритмы (5÷7Гц) и бета-ритмы (15÷35Гц). Это стадия дремоты. На следующей стадии сон сначала еще поверхностный, но уже настоящий. На ленте появляются "сонные веретена" – группы волн частотой 13-16 герц. Быстрые бета-ритмы пропадают; их постепенно замещают низко амплитудные колебания в дельта-диапазоне (0,5÷4Гц). В третьей и четвертой стадиях сначала на фоне сонных веретен, а потом и почти без них нарастает количество медленных дельта-волн частотой 0,5-4 герца и относительно большой амплитудой. Наступает самый глубокий сон – дельта-сон.

Между прочим, бодрствование – тоже состояние неоднородное, и его можно разделить на стадии. Собственно, это было известно всегда, но находилось за пределами исследований и классификаций. Электроэнцефалография позволила разделить бодрствование на три стадии или ступени. Верхняя, которую можно назвать напряженным бодрствованием, соответствует периодам самой интенсивной умственной деятельности. Средняя – это нормальное бодрствование. Оно весьма далеко от сна, но ни с творчеством, ни с сильными эмоциями не связано. Наконец, нижняя ступень – бодрствование расслабленное; крайняя его степень – переход ко сну на фоне внутреннего созерцания: человек еще не спит, но уже отрешен от внешнего мира и углублен в себя. Как и в процессе сна, каждой ступени бодрствования соответствует своя картина биоэлектрической активности мозга. У напряженного бодрствования, как уже говорилось, плоская линия.

Все разложено по полочкам. Кажется, можно сесть и спокойно поразмыслить о сущности и назначении сна. Именно такое настроение было у физиологов, занимавшихся этой проблемой в начале 50-х годов, как вдруг перед их взором нежданно-негаданно возник парадокс, смешавший им все карты.

Парадокс так и назвали – парадоксальный сон. Открыт он был в лаборатории сна Чикагского университета. Некоторые ученые до сих пор убеждены, что до этого события вообще никакой истории у исследований сна не было, а была одна предыстория, то есть нечто заслуживающее пренебрежения или в лучшем случае беглого взгляда. Во время этой предыстории сон, конечно, изучали, но, во-первых, от случая к случаю, не систематически, а во-вторых, ничего особенного не открыли. Когда же началась история, все чудесным образом переменилось. «За последние двадцать пять лет, мы узнали о сне больше, чем за двадцать пять предшествующих веков»,- писала в 1977 году американский психолог Кэрол Таврис, и это было мнение подавляющего большинства ученых.

Доктор Натаниэль Клейтман, руководитель лаборатории сна в Чикагском университете, изучал связи между биоритмами и деятельностью вегетативной нервной системы. Объектом его исследований были грудные младенцы. Записывая у них биотоки, он доказал, между прочим, что эти младенцы бодрствуют не два часа в сутки, как думали прежде, а целых восемь часов. Просто они подолгу лежат в задумчивости и с закрытыми глазами. Об этом, во всяком случае, свидетельствовали их электроэнцефалограммы.

За теми же младенцами наблюдал и Юджин Азеринский, аспирант доктора Клейтмана. Однажды, это было в 1952 году, он заметил, что во сне у них глазные яблоки время от времени начинают совершать быстрые движения, сопровождающиеся на электроэнцефалограмме столь же быстрыми низковольтными ритмами. Движения глазных яблок наблюдали у спящих и раньше, но им не придавали значения, не записывали их, и не сопоставляли с электроэнцефалограммой. Никому из ученых не приходило в голову, что эти движения могут быть связаны со сновидениями (Клейтман первый догадался об этом) и что они служат признаком совершенно новой, никому еще не ведомой фазы сна, наступавшей сразу за четвертой стадией, которой заканчивалась отработанная десятилетиями классификация.

Началась эра систематических исследований. Детям, за которыми велись наблюдения в лаборатории Клейтмана, прикрепили к векам кончики микроскопических электродов и стали изучать новое явление со всех сторон. Затем к экспериментам были привлечены взрослые испытуемые, студенты Чикагского университета, и подопытные животные, в основном кошки. Предметом исследований была БДГ-фаза сна, названная по первым буквам слов – быстрые движения глаз.

Постепенно выяснилось, что у подавляющего большинства взрослых людей быстрые движения глаз начинаются через час-полтора после засыпания и повторяются от четырех до шести раз за ночь. Интервал в час-полтора сохраняется в основном до пробуждения, но длительность быстрых движений глаз к утру возрастает. Первый раз они продолжаются от пяти до десяти минут, а последний – около получаса. Предшествующие им глубокие стадии сна (третья и четвертая) становятся все короче и короче; иногда к утру сохраняются одни только сонные веретена – вторая стадия, и БДГ-фаза наступает сразу за нею. Электроэнцефалограмма БДГ-фазы очень похожа на картину бодрствования: сплошная десинхронизация. Между тем мышечный тонус в этой фазе еще ниже, чем при глубоком дельта-сне. Мышцы расслабляются совсем, разбудить человека в это время труднее всего, и это при электроэнцефалограмме, показывающей чуть ли не бодрствование! Вот почему французский невролог Мишель Жуве и назвал БДГ-фазу парадоксальным сном. Есть у нее еще одно, третье название – быстрый сон. Быстрый не только из-за быстрых движений глаз, но главным образом из-за быстрых ритмов на энцефалограмме. Для остальных четырех стадий, известных до 1952 года название сохраняется одно – «медленный сон».

Позднее, уже при изучении самой парадоксальной стадии сна, ее разделили на две внутренние стадии. На фоне сплошной десинхронизации, длящейся от 5 до 20 секунд и сопровождающейся быстрыми движениями глаз, начинается бурное развитие тета-ритма (5-7Гц), генерируемого гиппокампом головного мозга. Это эмоциональная стадия быстрого сна. Затем тета-ритм ослабевает, а тем временем в новой коре головного мозга, особенно в сенсомоторной ее области, усиливается альфа-ритм (8-12Гц) – признак эмоционального безразличия. Затем ослабевает альфа-ритм, и в гиппокампе вновь нарастает тета-ритм. Обе стадии, эмоциональная и неэмоциональная, чередуются во время быстрого сна несколько раз, причем первая всегда длиннее второй.

Наш ночной сон складывается, таким образом, из нескольких циклов, а цикл – из четырех стадий медленного сна и стадии быстрого. Если судить по глубине сна и нарисовать соответствующую кривую, то у нас получится несколько спусков по лестнице вниз, заканчивающиеся подъемами на лифте: после быстрого сна мы сразу поднимаемся в поверхностный. Эти спуски и подъемы образуют своего рода биологический ритм, равный приблизительно полутора часам. Есть предположение, что полуторачасовой ритм является одним из основных биоритмов, и в неявной форме не покидает нас и во время бодрствования.

Перечислим главные черты быстрого сна, которые сразу были замечены первыми его исследователям: десинхронизация ритмов, резкое падение тонуса мышц, особенно на шее и на лице, усиление мозгового кровообращения, скачкообразные движения глаз, колебания сердечного ритма и кровяного давления. Но самое, замечательное - это связь быстрого сна со сновидениями. Почти все испытуемые Клейтмана, которых будили во время быстрого сна, сообщали, что они только что видели сон, и охотно рассказывали его. Если же их будили хотя бы через несколько минут после окончания быстрого сна, они свой сон почти весь забывали. Прежде считалось, что есть люди, которые видят сны, и есть люди, которые снов не видят. А оказалось, что сны видят все, только не все их запоминают. Думали также, что сновидение длится всего несколько секунд, а оказалось, что оно может длиться целых полчаса. Действие, происходящее в сновидении, занимает иногда столько же времени, сколько продолжалось бы оно в реальной жизни.

Быстрые движения глаз - наиболее типичные проявления стадии быстрого сна - можно рассматривать как наиболее яркий двигательный феномен ночного сна. Движения глаз могут наблюдаться и на стадии медленного сна, особенно при засыпании, но они носят медленный, "плавающий" характер. В "быстром" сне быстрые движения глаз достигают наибольшей выраженности примерно через 5 минут после его возникновения. Здоровый человек совершает за ночь примерно 1500 движений глазами. В первом цикле обычно быстрые движения глаз довольно бедны, тогда как в последующих циклах сна они достигают наибольшей активности. Современные исследования показали, что у некоторых людей сновидения обнаруживаются во время любой стадии сна, а движения глаз хотя и является наиболее частым явлением, но не обязательно сопутствующим сновидениям. Считается, что имеется определенная взаимосвязь между интенсивностью быстрых движений глаз с насыщенностью и эмоциональностью сновидений. Клинические данные подтверждают данную точку зрения.

Когда начинается быстрый сон, тело наше расслабляется, а крупные мышцы буквально парализуются. Если бы этого не происходило, мы бы во время бурных своих сновидений не лежали в постели, а бегали по комнате. Когда у кошек разрушали в мозгу зоны, ответственные за подавление мышечного тонуса, они в течение всего быстрого сна носились как угорелые по клетке, шипя и фыркая, проявляя различную деятельность. Во время бодрствования тета-ритм является постоянным спутником эмоционального напряжения. Когда же объект успокаивается, тета-ритм уступает место альфа-ритму - вестнику блаженной дремоты. В быстром сне такое же чередование. Одни и те же структуры, одни и те же ритмы и, очевидно, одни и те же эмоции. Только в быстром сне мышцы расслабленны и сознание обращено внутрь - к сновидениям, вот и вся разница.

Когда мы появляемся на свет, доля быстрого сна занимает у нас половину всего сна, когда нам два года - треть, когда пять лет - пятую часть. У взрослых процентное соотношение между всеми стадиями сна примерно следующее: первая стадия - дремота, занимает в среднем 12,1 процента ночного сна, вторая - сонные веретена - 38,1%, третья - дельта-сон - 14,2%, четвертая - тоже дельта-сон, но более глубокий - 12,1% и, наконец, быстрый сон - 23,5 процента. Без сомнения, мы видим сны, причем видим почти буквально, так как быстрые движения глаз означают, что мы смотрим, и рассматриваем во сне картины и сюжеты сновидений так же, как и при бодрствовании рассматриваем окружающий нас мир. И учащенное наше дыхание, и переменчивый пульс, и повышающееся давление - все это вегетативный аккомпанемент к сновидениям. А что обычно кроется за учащенным дыханием, неровным пульсом и скачками давления? Усиленный обмен веществ со значительным расходом энергии, а главное - волнения и переживания. Вот вам и отдых!

Глубина и поверхность, пассивность и активность - столько противоположностей переплетено в быстром сне! Да сон ли это, в самом деле? Это же настоящее бодрствование, только обращенное внутрь. А может быть, это третье состояние, третья форма жизни? Бодрствование, медленный сон и быстрый сон... Вот о чем думали исследователи, столкнувшись с парадоксами быстрого сна.

Поиск по сайту: