Питер Шпорк - Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается
Но наибольшее сходство с глубоким длинноволновым сном млекопитающих и птиц обнаружил в 2004 г. нейробиолог Фидель Рамон из Сиудадского университета в Мексике у красного болотного рака. Он снял ЭЭГ у этих животных, просто напрашивавшихся на эксперимент своей характерной позой сна. Раки, обычно ползающие по дну пресноводных водоемов, во время сна ложатся на бок и всплывают к поверхности воды. В таком положении они почти не реагируют на прикосновение к своему панцирю. Но это не единственный признак сна, обнаруженный у них Рамоном. Электрическая активность мозга у спящих животных меняется — ее волны, как и у млекопитающих, становятся заметно длиннее.
Сон одним полушарием: уловка китов
Похоже, не только сон как таковой, но и изменения активности мозга, а значит, деление на фазы легкого и глубокого сна, насчитывающий сотни миллионов лет и почти неизменный принцип жизни. «У всех видов животных, исследованных до настоящего времени, сон — строго регулируемый процесс», — говорит Рето Хьюбер из Мэдисона.
Видимо, сон невероятно важен. Действительно ли это так? Скажем, все царство млекопитающих состоит из существ, которые время от времени ложатся спать, отгораживаются от окружающего мира и перестают двигаться. Все ли млекопитающие без исключения? Нет. Небольшая группа животных, рассеянных по бескрайним океанам, упорно сопротивляется внутреннему побуждению к полному отключению сознания.
Дело в том, что у китов, дельфинов и некоторых ластоногих, живущих в воде, есть проблема. Им нужно спать, а нельзя. Ведь морские млекопитающие должны время от времени всплывать на поверхность, чтобы вдохнуть воздух, но у них в стволе мозга нет центра дыхания, который бессознательно вызывал бы во сне нужные движения. Поэтому они не могут ни плыть под водой в бессознательном состоянии, как рыбы, ни устроиться спать на дне2. Вместо этого у них в глубоком сне всегда отключается только одна половина мозга, в то время как другая бодрствует и управляет их движениями.
Во время так называемого однополушарного сна морские котики и дельфины плавают по кругу и вовремя всплывают на поверхность, чтобы набрать воздуха. Глаз, относящийся к спящей половине мозга, у них закрыт. Сон с регулярными промежутками переходит с одной стороны на другую, один глаз открывается, другой закрывается, а у этих ластоногих меняется при этом и направление движения. Для большинства сомнологов именно это курьезное изобретение природы является ярким доказательством важности сна. Зачем, спрашивают они, стала бы эволюция пускаться на такие трюки, если бы сон не имел большого значения.
Киты и дельфины, всегда живущие в воде, вообще не спят по-другому. У ушастых тюленей есть выбор. Если они спят на суше, их сознание отключается полностью, а если в воде — животные ограничиваются однополушарным сном.
Кроме того, есть сведения, что киты и дельфины, в отличие от всех остальных млекопитающих, в первые недели после рождения спят очень мало, поскольку это для них слишком опасно. В 2005 г. Олег Лямин из группы лос-анджелесского сомнолога Джерома Сигела выяснил, что косатки и дельфины в первые недели жизни почти не смыкают глаз и постоянно активны. Однако эти результаты весьма спорны, потому что животные наблюдались не круглосуточно3, и к тому же неясно, не спят ли они и с открытыми глазами4.
Но, судя по всему, условия жизни порой действительно заставляют многих животных ненадолго резко сократить количество сна. Это подтвердили опыты с белохохлыми овсянками. Обычно эти перелетные птички ночами спят. Однако во время своего ежегодного путешествия за 4 300 км с Аляски в Южную Калифорнию овсянки в темноте летят, вместо того чтобы спать. Их потребность в сне, частично удовлетворяемая днем или вечером
перед вылетом, сокращается в среднем до трети обычного значения. Это установил американец Нильс Раттенборг, работающий сейчас в Орнитологическом институте им. Макса Планка. При этом в отличие от коллег из Лос-Анджелеса, наблюдавших за новорожденными дельфинами, Раттенборг не положился на чисто визуальное наблюдение, а снял у птиц ЭЭГ.
А что делают птицы, которые целыми сутками остаются в воздухе, например фрегаты или альбатросы? Ведь они непременно упали бы с неба, даже если бы спали всего треть обычного времени. Похоже, они используют целых три метода, позволяющих спать на лету. Во-первых, большинство птиц, проводящих большую часть времени в воздухе, регулярно переходят на парящий режим, когда можно относительно безопасно задремать. Во-вторых, при сильной усталости они, судя по всему, испытывают эпизоды микросна. Это напоминает провалы в секундный сон, случающиеся у переутомленных людей, но микросон отличается еще большей краткостью и помогает наверстать насущно необходимый глубокий сон. В-третьих, некоторые признаки указывают на то, что птицы тоже умеют спать половиной мозга, как морские животные.
В частности, утки во время сна не всегда полностью отключаются. Если они ощущают угрозу, одно полушарие продолжает бодрствовать. Причем утки, как ни странно, могут даже выбирать, какой половиной мозга им спать. Орнитолог Раттенборг в 1999 г. наблюдал четырех уток, садившихся отдыхать рядком: «Утки посередине спали, закрыв оба глаза, а те, что по краям, как правило, оставляли один глаз открытым, причем преимущественно тот, который был дальше от других уток».
Лишение сна убивает
Аллен Рехтшаффен, профессор психиатрии Чикагского университета в США, сейчас уже на пенсии, всегда был очень основательным человеком. Именно этому обстоятельству мы обязаны тем, что правила выделения стадий сна у человека, которые он когда-то выработал вместе с Энтони Кейлзом, и сегодня остаются неизменными. А еще благодаря его основательности давно уже никто всерьез не сомневается, что сон жизненно важен для млекопитающих.
В конце 1980-х гг. Рехтшаффен задался вопросом, что произойдет, если как можно дольше не давать живому существу спать. Поскольку проводить такие опыты на людях явно недопустимо, ученый сосредоточил их на крысах. Так начался самый крупный эксперимент по лишению сна в истории науки, результаты которого Рехтшаффен и его команда аккуратно изложили в 10 последовательных публикациях.
Посреди воды ставился диск, способный вращаться. На одну его половину сажали крысу. Исследователи узнавали с помощью ЭЭГ, когда крыса засыпала, и немедленно запускали вращение диска. Животное просыпалось и вынуждено было активно двигаться, чтобы не соскользнуть в воду. На другой половине диска сидела вторая крыса, которой не мешали спать, когда диск не вращался, то есть когда основное подопытное животное бодрствовало. Эти контрольные особи в результате получали почти нормальное количество сна. На их здоровье эксперимент практически не сказался.
Зато подопытные крысы получали со временем лишь десятую часть своего обычного количества сна. Поэтому чем дольше продолжался эксперимент, тем хуже они себя чувствовали. Вскоре крыса приобретала жалкий вид, шерсть у нее становилась блеклой и свалявшейся, уровень гормонов стресса повышался. На коже возникали язвы, закрывавшиеся все хуже, а потом и вовсе не заживавшие. К концу эксперимента у грызунов понижалась температура тела и они страшно худели, хотя ели намного больше, чем их высыпавшиеся собратья с другой половины диска. За 2-3 недели все подопытные животные умирали. Примерно столько же времени крысы могут прожить без пищи. Эксперимент показал, что сон так же важен, как еда.
Далее чикагские ученые решили выяснить, приведет ли к таким печальным последствиям лишение исключительно БС. Теперь они давали крысам уснуть, но тут же будили их, когда начиналось быстрое движение глаз. Результат снова был однозначным: все животные умерли. Правда, борьба их продолжалась вдвое дольше, чем в случае полного лишения сна.
Рехтшаффен тщательнейшим образом искал другие причины их смерти и тем самым — опровержение жизненной важности сна, но ничего не нашел. «К сожалению, прямую причину смерти животных до сих пор установить не удалось», — вспоминал он в 2000 г. Единственным явным признаком важного органического нарушения были огромные затраты энергии, наблюдавшиеся у животных к концу эксперимента. Крысы ели и ели, съедали двойное количество пищи по сравнению с контрольными особями — и все же непрерывно худели, а температура их тела понижалась. Очевидно, для поддержания нормальной температуры они затрачивали несравнимо больше энергии, чем в обычных условиях, и все же не достигали нужных значений.
Причем требуемые значения были в данном случае очень высокими. Животным на самом деле требовалась сильно повышенная температура. Это показал второй эксперимент, когда крысам после двух недель лишения сна наконец давали возможность выспаться. При этом животные могли выбирать, при какой температуре им устроиться на отдых. Измученные грызуны выбрали отсек с температурой 50 °С. Обычно
