Почему мы спим?
необходимость человеческого сна загадка
Но никто не знает, что такое сон на самом деле.
Это даже как-то неловко,
сказал доктор Michael Halassa, нейробиолог из Нью-Йоркского Университета.
Это очевидно почему нам нужно есть, например, или размножаться…но непонятно почему мы вообще должны спать.
Мы беззащитны, когда спим, так что, чтобы не делал сон, это должно оправдывать риск, который мозг берет на себя, находясь большей частью в отключке. Существует несколько теорий почему мы спим, и несмотря на то, что ни одна из них не может быть единственно верной, некоторые пытаются объяснить происходящее каждую ночь, погружаясь в исследования на темы от клеточных процессов до познания. Исследователи говорят то, что кажется само собой разумеющимся, что сон – ключ к способности мозга реорганизовать себя – функции называемой пластичность.
Стадии сна
Не сложно доказать, что сон – это важно. Крысы, полностью лишенные сна умирают в течении двух или трех недель, в соответствии с исследованием первооткрывателя из Чикагского Университета сомнолога Allan Rechtschaffen. Никто не проводил похожие эксперименты на людях, по очевидным причинам, но исследование 2014 года, опубликованное в Журнале Нейробиология обнаружило, что 24-х часовая депривации сна доводила людей до состояния галлюцинаций и других подобных шизофрении симптомов.
Одна из причин сложности ответа на вопрос почему мы спим, то, что сон на самом деле довольно сложно изолировать и изучить.
Изучение бессонницы – самый распространенный способ изучения сна,
сказал Marcos Frank, нейробиолог из Вашингтонского Университета, но лишение животного сна приводит к нарушению многих биологических систем. Сложно сказать, что результаты связаны непосредственно с лишением сна, а не скажем, стрессом.
Еще одной причиной по которой сложно понять сон, является то, что мозг может делать две разные вещи на протяжении двух основных фаз сна. С наступлением ночи, спящие проходят через цикл медленного движения глаз (non-REM) и быстрого движения глаз (REM). Медленная фаза сна характеризуется медленными мозговыми волнами, называемыми тета и дельта волнами. В отличие от него, электрическая активность мозга на протяжении быстрой фазы сна выглядит так же как при бодрствовании человека, но мышцы тела обездвижены. (Если вы когда-то испытывали сонный паралич, то это потому что вы проснулись в период медленной фазы сна до того как он закончился.)
Исследования выявили различия в биологии мозга во время разных стадий. Например, на протяжении фазы медленного сна, организм вырабатывает гормон роста, в соответствии с обзором биологии сна, опубликованным в 2006 году журналом Reviews In Neuroscience. Также как показал обзор в течение фазы медленного сна, синтез некоторых белков мозга увеличивается, и некоторые гены, участвующие в синтезе белка становятся более активными. Во время быстрого сна, наоборот, не происходит никакого увеличения деятельности по производству белка.
Что мы знаем о сне?
Единственный вывод, который вытекает из исследования сна, заключается в том, что сон, в значительной степени является феноменом мозга, сказал Frank. Не смотря на то, что лишение сна сказывается на иммунной системе и изменяет уровень гормонов в организме, оно оказывает наиболее последовательное влияние на мозг животных.
Центральная нервная система всегда зависит от сна,
сказал Frank.
Возможно были и другие вещи, которые эволюция добавила к первичной функции сна, но основная функция сна, наверное, что-то делает с мозгом.
Существует ряд доказательств того, что сон это что-то, что делают нейроны, когда они объединяются в сеть.
Даже нейронные сети выращенные в лабораторных пробирках показывают периоды активности и бездеятельности, которые напоминают периоды бодрствования и сна,
сказал Frank. Это может означать, что сон возникает естественно, когда одинокие нейроны начинают работать вместе.
Это могло бы объяснить почему даже простейшие организмы демонстрируют соноподобное поведение. Даже Caenorhabditis elegans, крошечные черви, у которого всего 302 нейрона, проходят цикл тихих, вялых периодов похожих на сон.
Возможно, первые простейшие нервные системы эволюционировали в эти спокойные периоды,
сказал Frank, по мере того как мозг становился все более и более сложным, состояние неподвижности также стало более сложным.
Это было бы очень невыгодно иметь такой сложный мозг как наш, где различные части засыпают и просыпаются, поэтому вам нужно каким-то способом организовать это,
сказал он.
Что происходит во время сна?
Но идея того, что сон является естественным свойством нейронных сетей, на самом деле не объясняет, что происходит во время сна. На этом фронте, у ученых есть ряд теорий. Одна заключается в том, что сон восстанавливает энергию мозга, говорится в обзоре 2016 года из журнала Sleep Medicine Reviews. В течение медленной фазы, мозг потребляет только около половины глюкозы относительно бодрствующего человека. (Глюкоза это сахар, который сжигают клетки, чтобы выделить энергию.)
Но если идея о том, что сон восстанавливает энергию мозга правильна, то связь между сном и использованием энергии мозга не является однозначной. Для примера, во время лишения сна, в мозге падает количество источника энергии называемого гликогеном, который повышается в одной части, но снижается в другой. Требуется больше исследований для понимания этой связи.
Другая идея состоит в том, что сон может помогать мозгу очищаться от токсичных продуктов, накопившихся за время бодрствования. Мозг является огромным потребителем энергии, что означает то, что он также производит множество отходов.
Некоторые из недавних исследований предполагают, что мозг прочищает себя начисто,
сказал Frank, но эти результаты должны быть воспроизведены.
Возможно, что-то подобное происходит со сном,
сказал Frank,
но это не самое важное, что делает сон.
Пожалуй, перспективность теории сна в том, что она до сих пор играет важную роль в связности мозга и его пластичности. Пластичность участвует в обучении и памяти. Хотя неясно как именно, многое свидетельствует о том, что потеря сна может создать проблемы с памятью, в особенности с работающей памятью, процессом, позволяющим хранить информацию в легкодоступной форме во время работы над проблемой. Люди, лишенные сна также борются с потерей концентрации внимания и управлением эмоциями.
Один из способов которым сон может повлиять на пластичность – воздействие на синапсы или соединения между нейронами. Исследования показали, что когда животные учатся новой команде, их нейроны кажется укрепляют синаптические связи, вовлеченные в изучение команды на протяжении следующего цикла сна, в соответствии с исследованием Sleep Medicine Reviews. В экспериментах, где исследователь надевает повязку на один из двух глаз одного из животных, участки мозга, связанная с визуальной информацией от этого глаза слабеет за несколько часов, в соответствии с исследованием University of Surrey’s Julie Seibt и ее коллег. В фазе быстрого сна, тем не менее, укрепились связи с участием другого глаза, предполагая, что мозг использует сон, чтобы приспособиться к изменению входных данных.
Еще это может означать, что есть что-то действительно базовое и центральное в сердце сна, что-то базовое, что клетки мозга должны сделать, и одним из изменений является изменение пластичности,
сказал Frank.
В будущем, лучшее понимание сна может прийти из исследования клеток которые названы glia cells,
сказал Frank. Эти клетки головного мозга, имя которых в буквальном смысле значит “клей”, когда-то считались полностью инертными, но недавно был обнаружен ряд функций.
Glia cells превосходят численное количество нейронов до трех к одному,
сказал Frank. Glia cells могут контролировать поток спинномозговой жидкости омывающей мозг, что может приводить к очистке от отходов метаболизма во время сна, например.
Возможно, тайна сна может быть решена путем понимания того, что делают эти очень специализированные клетки глии,
сказал Frank.