Тимоти Верстинен - Мозг зомби
Какое отношение это имеет ко сну? Во время глубокой (хотя и не самой глубокой) фазы сна ваш мозг повторит эти последовательности активности нейронов места как способ воспроизвести тот опыт, который был у вас в течение дня. Ученые в середине 90-х гг. XX века обнаружили это, сравнивая активность нейронов места у крыс в период бодрствования и сна. Они выяснили, что активность клеток, которая была записана у крыс, исследующих свои жилища, повторялась потом в той же последовательности, когда грызуны спали.
Допустим, вы как-то умудрились выжить в вашем небольшом столкновении с зомби и оказались достаточно удачливы, чтобы прикорнуть позже. Пока вы спите, нейроны в гиппокампе повторят ваши движения в зараженной зомби ванной, по-видимому, чтобы консолидировать ваши воспоминания о среде – в следующий раз вы будете готовы, когда зайдете в эту злополучную комнату. Эта консолидация памяти во время сна – критически необходимая часть нормального функционирования памяти. Без сна трудно кодировать воспоминания, зависимые от гиппокампа (подробнее на эту тему мы поговорим потом).
Важность быстрого переключения
В большинстве случаев переход между бодрствованием и сном внезапный и окончательный. Эта внезапность между возбуждением и сном крайне важна. Представьте, что вместо того, чтобы уснуть сразу, разные части вашего мозга засыпали бы в разное время. Скажем, моторная кора решает прикорнуть, но зрительная кора остается бодрствовать. Это было бы весьма странно, верно? С точки зрения эволюции для нас лучше быть либо полностью «включенными» либо полностью «выключенными» на продолжительное время, вместо того чтобы постоянно бродить вокруг в полусонном ступоре. Те первые несколько минут рано утром, когда вы ковыляете в ванную, проснувшись, достаточно неприятны; представьте, как плохо было бы, если бы это длилось несколько часов. Все было бы еще хуже в этом состоянии, живи вы, скажем, в зомби-апокалипсисе.
Поразительно, но не все животные спят как мы. Например, живущие в воде млекопитающие или китообразные (включая дельфинов и китов) никогда «полностью» не засыпают. Вместо этого они «отдыхают» половинками мозга. Но для них это важно, потому что они постоянно выныривают на поверхность, чтобы дышать, а если бы они полностью засыпали на долгое время, они бы тонули.
Но порой «переключатель» мозга ломается. Иногда переход происходит слишком медленно. Порой нейроны, которые удерживают вас без движения, работают неправильно. В этих случаях вы можете быстро заснуть, но все еще бродить вокруг. Попросту мы называем это снохождением, а по-научному это сомнамбулизм (что в переводе с латинского означает «снохождение»). Сомнамбулы (люди, страдающие сомнамбулизмом) делают поразительно сложные вещи, например выходят из дома и забираются на дерево, все это время не имея произвольного контроля над своими действиями, – и абсолютно не помнят об этом позже.
С точки зрения неврологии мы до сих пор точно не знаем, как возникает сомнамбулизм, но наша интуиция подсказывает, что это дисбаланс между отвечающими за сон и пробуждение глубинными системами, который проявляется в промежуточном состоянии между бодрствованием и сном. Глубинные структуры ствола мозга, скорее всего, получают конфликтующие сигналы, говорящие новой коре «ускориться» или «замедлиться», и в этой битве за сознание не оказывается ни проигравших, ни победителей. Это значит, что части мозга бодрствуют, и это в основном более древние структуры под новой корой, которые могут работать без нее. Другие части, включая большую часть новой коры (но не только ее), пребывают во сне. Это словно два мозга, более глубокий древний и более молодая новая кора, которые работают друг против друга, а не вместе, как целостный мозг.
Именно это и есть хаотически разбалансированное состояние, которое провоцирует изначальный вопрос: «В сознании ли зомби?»
Вспомните первую встречу Барбары с ходячим мертвецом. Чудовище ковыляло, словно действовало по импульсу, без воли. Кроме того, его движения и реакции были весьма замедленными, словно оно спало на ходу.
Можем ли мы сказать, что этот зомби или любой другой зомби обязательно находится в сознании? Ну, если под сознанием мы понимаем упражнение свободной воли, то нет, не можем; эти понятия за пределами возможностей измерения современной нейронауки. Однако, если под сознанием мы понимаем бодрствование и осознание окружающей среды, нейронаука может сделать некоторые догадки.
Есть три основных симптома, которые мы наблюдаем у современных зомби и которые заставляют нас думать, что у них неправильно функционируют глубинные мозговые системы, регулирующие сон. Во-первых, зомби никогда не появляются спящими. Они могут день и ночь без отдыха бродить вокруг в поисках добычи. Эта экстремальная форма бессонницы предполагает, что ретикулярная активирующая система хронически задействована и никогда не выключается. Примерно это мы видим у животных с локальными повреждениями мозга в зоне отвечающих за сон нейронов ВЛПО.
Во-вторых, хотя зомби достаточно бодрствуют, чтобы бродить вокруг и действовать, им не хватает определенных форм сознания, которые показали бы, что они бодрствуют полностью. Вместо этого они движутся словно в состоянии оглушения, медленно, – мы все переживаем это в пороговые моменты между бодрствованием и сном. То есть похоже, что нейроны, отвечающие за сон, все-таки действуют у них в глубинных структурах мозга. Сначала это кажется нелогичным, учитывая симптом бессонницы… но вспомните – переключения между бодрствованием и сном обычно происходят быстро, каскадом. Если же переключения не следуют быстро одно за другим, то мы получаем расстройство сна вроде сомнамбулизма.
В-третьих, зомби выглядят так, словно им крайне не хватает пространственных, опытных переживаний, которые кодируются в гиппокампе. Они легко теряются, даже в помещениях, в которых находились несколько недель. Мы знаем, что создание этой формы памяти – процесс, зависимый от сна. Это подтверждает гипотезу, что зомби не имеют четко оформленных циклов сна.
Но значит ли это, что зомби не снятся сны? Не обязательно. У надолго лишенных сна людей наблюдаются быстрые вспышки нейронной активности фазы быстрого сна, даже когда они бодрствуют. Словно часть мозга кратко переживает быстрый сон, пока остальная часть мозга бодрствует. Итак, все-таки возможно, что зомби снятся сны, хоть они никогда не спят по-настоящему.
Другой симптом хронической депривации сна, а конкретно депривации быстрой фазы сна, – это увеличение психиатрического бреда. Несмотря на случаи отдельных людей, которым не требовалось много сна, чтобы нормально действовать, уже известно, что нехватка сна ведет к иллюзиям, проблемам внимания и бредовым мыслительным процессам. Возможно, хотя бы некоторые бредовые аспекты зомбизма могут быть объяснены крайней депривацией сна, которая возникает как часть этого расстройства.
Подводя итоги, скажем, что наша гипотеза заключается в том, что зомби навечно застряли на границе между сном и бодрствованием. Скорее всего, это состояние вызвано одновременной повышенной активностью клеток, отвечающих за сон в ВЛПО в глубинных структурах мозга, и клеток, отвечающих за пробуждение в ретикулярной активирующей системе. Неспособные полностью заснуть и никогда не пребывающие в полном бодрствовании, зомби заперты в состоянии дефицита сознания, который в целом приводит к замедленной нервной активности.
Источники и дополнительное чтение
Davis W. The serpent and the rainbow. – N.Y.: Simon & Schuster, 1997.
Economo J. von. Baron Constantin Von Economo: His life and work. – Von Wagner-Jauregg Kessinger Publishing, 2010.
Koch C., Crick F. The zombie within // Nature, 2001, 411, 893.
Narahashi T. Tetrodoxin: A brief history. Proceedings of the Japan Academy. Series B, Physical and Biological Sciences, 2008, 84 (5), 147–154.
Okawa M., Uchiyama M. Circadian rhythm sleep disorders: Characteristics and entrainment pathology in delayed sleep phase and non-24 sleep-wake syndrome // Sleep Medicine Reviews, 2007, 11 (6), 485–496.
Rattenborg N.C., Amlaner C.J., Lima S.L. Behavioral, neurophysiological and evolutionary perspectives on unihemispheric sleep // Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 2000, 24 (8), 817–842.
Saper C.B. The central circadian timing system // Current Opinion in Neurobiology, 2013, 23 (5), 747–751.
Saper C.B., Chou T.C., Scammell T.E. The sleep switch: Hypothalamic control of sleep and wakefulness // Trends in Neurosciences, 2001, 24 (12), 726–731.
Sheldon S.H., Spire J.P., Levy H.B. Anatomy of sleep // Pediatric Sleep Medicine, 1992, 37–45.
Skaggs W.E., McNaughton B.L. Replay of neuronal firing sequences in rat hippocampus during sleep following spatial experience // Science, 1996, 271 (5257), 1870–1873.
Sterman M.B., Clemente C.D. Forebrain inhibitory mechanisms: Sleep patterns induced by basal forebrain stimulation in the behaving cat // Experimental Neurology, 1962, 6 (2), 103–117.
Tononi G. An information integration theory of consciousness // BMC Neuroscience, 2004, 5 (1), 42.
3. Нервные корреляты неуклюжести
Рука, мышцы которой искалечены, не способна делать никакую работу; движущая сила мышцы должна действовать в ней, и она должна подчиняться нервам, которые получают приказы от мозга. Тогда рука способна к самым разнообразным движениям; она может подчинять себе самые разнообразные инструменты и выполнять самые разнородные задачи.
