Питер Шпорк - Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается

С тех пор как ученые выяснили механизм регуляции сна, они обна­ружили, что по крайней мере некоторая часть препаратов для наркоза воздействует целенаправленно на переключатель сон/бодрствование. В 2002 г. лондонские анестезиологи проводили опыты с веществами мусцимол и пропофол, связывающимися с теми же рецепторами, что и снотворные группы бензодиазепинов. Похоже, они в конечном счете действуют так же, как эти снотворные, но передвигают выключатель сна в самое крайнее положение. В результате возникает состояние «супер­сна», необратимого на то время, пока длится фармакологическое воз­действие.

Сейчас исследователи согласны с тем, что наше сознание создается на множестве уровней и, следовательно, может быть более или менее явно отключено в разных местах. Различные снотворные, анестезирую­щие и наркотизирующие средства воздействуют на различные участки этого сложного устройства, и в большинстве случаев результат выгля­дит схожим лишь извне. Есть целый ряд естественных состояний рас­слабления и потери сознания, которые плавно перетекают друг в друга и могут быть классифицированы по прогрессирующей утрате способ­ности восприятия примерно так: медитация, гипноз, обморок и кома.

Сон в этот ряд не вписывается. Он представляет собой качествен­но иной процесс, активно управляемый мозгом. Такое различие очень многое говорит о структуре нейронной обработки информации в мозге. Мы можем отключать ее последовательно на многих уровнях, но при этом никогда не достигнем состояния сна. Дело в том, что сон — это второе, совершенно особое состояние, которое не определяется просто более или менее выраженным отсутствием бодрствующего сознания, а имеет собственные существенные признаки.

Поэтому хромает и излюбленное с древнейших времен сравнение сна со смертью, которая в конечном счете представляет собой не что иное, как крайнюю степень отсутствия сознания. Еще в греческих ми­фах Гипнос и Танатос, Сон и Смерть, были братьями, сыновьями богини ночи. Такое сравнение неверно, поскольку в сне не меньше витальнос­ти, чем в бодрствовании. Это две стороны одной медали, называемой жизнь, и у обеих общая противоположность — смерть.

Внутренние часы

Словно стая птиц, в нескольких метрах над землей летят над долиной великолепные бабочки, умело направив по ветру оранжевые с чер­ным крылья. И хотя удивительные создания размером с детскую ла­дошку держатся в воздухе почти неподвижно, рой проносится мимо со значительной скоростью. Мы уже потеряли бы их из виду, если бы время от времени то одна, то другая не взмахивала мощными кры­льями. Это бабочки вида монарх, совершающие свое обычное путе­шествие длиной 3600 км из отдаленного уголка Северной Америки в горные леса Сьерра Мадре в Мексике. Здесь на небольшом пятачке ежегодно собираются в ноябре сотни миллионов этих прославлен­ных путешественниц.

Удивительная игра природы. Но какое отношение она имеет к че­ловеческому сну? Самое прямое. Не так давно ученые выяснили что бабочка-монарх никогда не отыскала бы пункт назначения без исклю­чительно развитого чувства времени. Насекомые ориентируются по по­ложению солнца, а его можно правильно истолковать лишь в том слу­чае, если чувство времени постоянно подсказывает им, в какой стороне света находится сейчас согревающая нас звезда. Люди, конечно, тоже обладают такими внутренними часами. Это устройство на множестве уровней помогает телу приспособиться к постоянно повторяющейся смене дня и ночи. Одно из самых заметных проявлений работы внутрен­них часов — тот факт, что они диктуют нам, когда спать, а когда нет.

Наука о внутренних ритмах всех живых существ называется хро­нобиология. Она изучает приспособленность организмов к временам года, фазам луны, приливам и отливам, а также смене дня и ночи. Началом ее стал тот день в 1729 г., когда французский астроном Жан-Жак д’Орту де Майран впервые доказал существование внут­ренних часов. Он поставил растение-гелиотроп (мимозу) в темную комнату и убедился, что цветок и в отсутствие солнца продолжает за­крываться вечером и раскрываться утром. Естествоиспытатели долго игнорировали этот и подобные результаты, пока примерно 50 лет на­зад широкий международный и междисциплинарный круг исследова­телей не объединился для создания хронобиологии как самостоятель­ной области науки. Зачинщиками были немецкие физиологи Юрген Ашофф и Эрвин Бюннинг, а также американец Колин Питтендрай. Они и по сей день считаются отцами хронобиологии.

В середине 1960-х гг. под руководством Ашоффа в баварском мес­течке Андекс был оборудован бункер. Две комнаты без окон, часов, те­лефона, отгороженные от внешнего мира стенами метровой толщины и двойными звуконепроницаемыми дверями, служили особой цели: не дать находящимся там людям возможности определить время суток. В «андекском бункере» неделями жили добровольцы, согласившиеся участвовать в опыте. Вскоре стало ясно: у человека тоже есть биологи­ческие часы, он способен обходиться без будильника, солнечного вос­хода и утреннего запаха кофе. Предоставленные самим себе, эти часы, как правило, идут несколько замедленно, так что обитатели бункера ложились спать с промежутками в 24-26 ч. В обычной жизни главный фактор, постоянно поправляющий биологические часы и обеспечиваю­щий их точную работу, — дневной свет.

С тех пор наука узнала очень много о природных часах. Ими обла­дают почти все живые существа, даже бактерии, существующие уже 3,5 млрд лет. И отмеряют эти часы не только сутки: 90-минутные цик­лы сна определяют наступление БС-фаз. Внутренний календарь реша­ет, когда цвести цветам, отправляться в путь перелетным птицам и за­водить потомство овцам. Часы, отмеряющие время прилива и отлива, помогают крабам вовремя укрыться от набегающих волн. Благодаря лунным часам калифорнийская рыба атерина-грунион отмеряет поч­ти двухнедельные промежутки между самыми сильными приливами, чтобы закопать свою икру в прибрежном песке в момент наивысшего подъема воды.

Журнал «Science» целых три раза — в 1998, 2002 и 2005 гг. — отме­чал хронобиологические эксперименты в списке десяти наиболее важ­ных исследовательских достижений года. Мало какая научная область может похвастаться таким всплеском интереса, и это не удивительно: современное общество нуждается в хронобиологии. Электрический свет, дальние путешествия и работа в несколько смен уводят жизнь все дальше от гармонии с естественным суточным и годичным циклом. Люди сами лишают себя доступа к природному ритму. Специалисты по молекулярной биологии расшифровали элементы, обеспечивающие биологическое измерение времени. Хронобиологи выяснили, как функ­ционируют внутренние часы, как они устанавливаются и сообщаются с телом. Выяснилось, что высшие организмы, в том числе человек, имеют встроенные природные часы в каждой клетке тела, что существуют био­логические часы органов, мышц и обмена веществ и что все они связа­ны между собой в сложнейший механизм ощущения времени.

«У млекопитающих гораздо больше свойств, контролируемых био­логическими часами, чем кажется на первый взгляд», — пишет амери­канский специалист по хроногенетике Джей Данлэп. Многоклеточные организмы — это «целые часовые магазины». Природа в ходе эволю­ции вырабатывала независимые друг от друга часы «не один раз, но и не десятки». За последние годы стало ясно, что почти все биологичес­кие часы действуют сходным образом и что даже мышь и плодовая мушка дрозофила, чьи филогенетические ряды отстоят друг от друга на сотни миллионов лет, имеют ряд сходных генов, связанных с при­родными часами.

Главная деталь всех биологических часов — маятник в генах, раска­чивающийся уже на уровне каждой отдельной клетки. Эти часовые гены называют «clock» или «period». Они содержат планы выработки различ­ных белков, которые периодически подавляют собственное производс­тво. В какой-то момент количество того или иного белка перешагивает за максимум. С этого момента его концентрация начинает снижаться, пока не будет снята блокировка со стороны соответствующего часового гена и движение маятника не начнется сначала.

Природа оснастила этот основной принцип множеством мелких де­талей и осуществила с совершенным искусством. Например, ритмичес­ки активным клеткам удается непрерывно и со строгой периодичнос­тью повышать и понижать количество своих часовых белков. Сигналы извне, например дневной свет, влияют на активность генов и тем самым переставляют часы. Концентрация часовых белков задает ритм, как это делает раскачивание механического маятника в стенных часах. Но часо­вые гены влияют также на считывание других генов, продукты которых в результате колеблются в том же ритме: эти белки, как биологические часовые стрелки, сообщают телу сигналы времени и помогают коорди­нации с хронометрами во внутренних органах.