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

Нарушения в сигнальном пути орексина считаются сейчас на­иболее вероятной причиной нарколепсии. Доказательством служат собаки-нарколептики, у которых не работают рецепторы орексина, и мыши, организм которых из-за генной манипуляции не произво­дит орексин — они также неизменно заболевают нарколепсией. Со­гласно одной из теорий, у некоторых нарколептиков собственная иммунная система разрушает вырабатывающие орексин клетки.

Клаудио Басетти, тем не менее, убежден, что здесь задействованы и другие нейромедиаторы гипоталамуса: «Орексин, конечно, важен, но он играет свою роль не в одиночестве».

Таинственная болезнь принесет сомнологам, наверное, еще много сюрпризов. Нарколепсия и другие недуги, не дающие нам спать, пос­тепенно выдают свои тайны — и тем самым вносят важные элементы в решение большой головоломки, которая, будем надеяться, однажды сложится наконец в ясную картину смысла и функций сна.

Часть III Почему мы спим

Как электрический ток улучшает память

Люди, решившиеся провести ночь в лаборатории сна Института ней­роэндокринологии Любекского университета, должны быть из тех, кто не боится электрического тока. На ночь им надевают колпак с бесчис­ленными электродами. Некоторые из этих металлических пластинок замеряют колебания токов мозга. Но есть и такие, что передают, а не принимают электрическое напряжение. Они порождают слабые, колеб­лющиеся с частотой одного раза в секунду электрические потенциалы примерно той же мощности, что у самих нейронов и нейронных сетей. Эти токи проникают сквозь кости черепа и модифицируют активность нервных клеток.

Такое воздействие совсем не вредно. Наоборот: «После ночи участ­ники эксперимента чувствуют себя особенно хорошо выспавшимися, и память их улучшается», — говорит директор института нейробиолог Ян Борн. Наутро после сна под проводами ученые проверяют работоспо­собность мозга с помощью специальных тестов на скорость реакции и память. Испытуемые показывают лучшие результаты, чем контрольная группа, проведшая ночь без электродов. Очевидно, электрический ток имеет особый обучающий эффект. Особенно это касается сознатель­ной, так называемой декларативной памяти, где сохраняются, напри­мер, заученные формулы или иностранные слова, поясняет Борн. Но и бессознательная, процедурная память, где мы храним автоматизиро­ванные действия, например, двигательные навыки, улучшается под воз­действием электричества.

Что же произошло во сне с участниками эксперимента? Почему они так хорошо справляются с поставленными задачами? «По крайней мере для декларативной памяти, образование которой происходит в стадии глубокого сна, у нас есть предположения о том, что происходит», — го­ворит Борн. Искусственный электрический сигнал каким-то образом помог мозгу в его работе, вероятно, навязав нервным клеткам больших полушарий свой ритм. Воздействие внешних электрических колебаний заставляет нейроны синхронизироваться сильнее обычного, так что их потенциалы колеблются в общем ритме. А поскольку искусственно заданный ритм примерно соответствует тому, который мозг сам по себе порождает в стадии глубокого сна, в результате возникает своего рода суперглубокий сон.

«Мы заставляем мозг какое-то время следовать заданному нами ритму, а потом на 1 минуту отключаем ток. В этот перерыв мы наблю­даем, как реагируют нервные клетки, — поясняет Борн. — И видим, что электрическая активность нейронов интенсивнее обычного порождает типичный для глубокого сна рисунок дельта-волн».

Проверка памяти на следующий день, а также субъективные ощу­щения участников эксперимента, утверждающих, что особенно хорошо выспались, подтверждают, что усиленный глубокий сон значительно помог мозгу в его ночной работе. Естественно, Борн уже задумывается о том, как можно было бы использовать электрическую стимуляцию в медицинских целях. Теоретически она позволяет улучшить как качество сна, так и интеллектуальную работоспособность. Но прежде чем перей­ти к практическому применению, нужно провести еще множество экс­периментов и всесторонне проверить результат, так что радоваться еще рано, осторожно замечает ученый.

Пока для Борна на первом плане решение другой проблемы: он хо­чет выяснить, что же происходит в мозге во время сна. Эксперименты с электрическим колпаком должны прояснить функции глубокого сна. Они призваны подтвердить то, что множество сомнологов во всем мире вот уже 10 лет наблюдает в своих опытах: судя по всему, одна из важ­нейших задач сна — помогать мозгу в обучении.

Загадка памяти

На нижнем крае коры больших полушарий, там, где она прогибается вовнутрь над промежуточным мозгом, в голове имеется отросток ха­рактерной формы, напоминающий морского конька. Поэтому его назы­вают латинским именем этой забавной рыбки: гиппокамп.

Эта область мозга необычна не только по форме. Именно здесь ученые отыскали центр управления декларативной памятью. Мно­жество информации, которую мы осознано воспринимаем в течение дня, — в отличие от бессознательного, автоматического, так называ­емого «процедурного» восприятия — откладывается в гиппокампе, но лишь на короткое время: это, к примеру, воспоминание о том, ка­кое именно варенье мы мазали на хлеб за завтраком, соображение, что нужно купить новый тюбик зубной пасты, имя нового коллеги по работе, роман, который мы читали перед сном, и тысячи других более или менее важных вещей.

Именно во сне, когда связь с внешним миром оборвана и бодрству­ющее сознание отключено, морской конек начинает активную работу. Сейчас, когда ему ничего не надо воспринимать, он сам «передает» сигналы и тем самым вызывает повторение событий, зачастую пере­житых наяву лишь один раз. Таким образом, от него зависит, какие сведения постепенно закрепятся в долговременной памяти. «Во сне дневная информация реактивируется и посылается в виде импульсной проекции множества нервов в те части коры больших полушарий, где эти впечатления исходно обрабатывались. Там новое знание связыва­ется с долговременной памятью», — поясняет Борн.

Этот процесс называется консолидацией памяти. Из бесконечного потока информации, воспринятой в состоянии бодрствования, под­держиваются, долгосрочно сохраняются и связываются с прошлым опытом лишь те данные, которые представляются действительно важными. Гиппокамп, по словам Борна, служит своего рода буфер­ным запоминающим устройством: «Здесь информация, опыт, впечат­ления сохраняются предварительно на несколько суток, прежде чем перейти — вероятно, при подключении процессов отбора и просеи­вания несущественной информации — в долговременную память».

Чем важнее событие, тем интенсивнее и чаще будет воспроизводить его гиппокамп в ближайшее время и тем прочнее оно запечатлеется в долгосрочной памяти. Спустя какое-то время данные стираются из про­межуточного хранилища. То что до тех пор не попало в долговремен­ную память, забывается.

В самой коре больших полушарий нет специальных клеток памяти. Воспоминания хранятся в бесчисленных возможных моделях возбуж­дения, которые мозг держит наготове в обрабатывающих информацию ареалах. Каждое воспоминание связано с такой моделью. Например, если мы ощущаем аромат и одновременно видим цветок, от которо­го он исходит, во всех ареалах мозга, обрабатывающих обонятельные и зрительные впечатления, активные в этот момент клетки порождают уникальную модель пульсации. Когда мы в будущем вспомним эту си­туацию, возбудятся те же клетки, возникнет та же модель — и получит­ся, будто мы снова ощущаем аромат и видим цветок.

Для того чтобы это произошло, контакты нейронной сети, задейс­твованной при первом впечатлении, должны быть усилены в процессе консолидации памяти. Между нейронами-участниками возникают но­вые, углубленные, особенно прочные и легко возбуждаемые контакты,

благодаря которым типичная модель, связанная с данным воспомина­нием, вспыхивает в мозге всякий раз, как активируется хотя бы часть данной сети. Таким образом гиппокамп путем повторения временно со­храненной информации оставляет прочные следы в бесконечно слож­ной сети из многих миллионов нейронов. На следующий день, а также много лет спустя, достаточно крошечной отдаленной ассоциации — и воспоминание возвращается.

Виртуальное птичье пение

Что память образуется именно так — только предположение. Реальные процессы, вероятно, намного сложнее, чем эта упрощенная модель. Ис­следователь Ханс-Йоахим Маркович из Билефельдского университета пишет, что консолидация затрагивает не только гиппокамп и кору боль­ших полушарий, но и другие структуры мозга и «вероятно, представляет собой многоступенчатый процесс». Тем не менее вышеописанная мо­дель, судя по всему, не слишком далека от истины. И как раз то обстоя­тельство, что образование памяти на значительную часть происходит во сне, сейчас достаточно хорошо доказано.