На это занятие мы тратим около трети своей жизни. Если нас этого лишить, мы заболеем. Но мы до сих пор не знаем хорошенько, зачем надо спать.
На первый взгляд, ответ очевиден: чтобы мозг и другие органы могли отдохнуть и восстановиться. Но почему мы не можем отдохнуть, оставаясь в сознании и продолжая быть начеку? Почему мы не можем восстановить силы, бодрствуя? Загадка...
Сон - настолько распространённое в природе явление, что оно должно быть безумно полезным. Даже плодовые мушки и нематоды временами впадают в состояние полного бездействия, из которого выходят не очень легко, то есть сон свойствен даже простейшим животным. Но многолетние наблюдения так и не дали корреляции между сном и физиологическими потребностями у животных. Так что ещё одной тайной является многообразие видов сна.
Например, некоторые летучие мыши спят 20 часов в сутки, а крупные травоядные млекопитающие - менее четырёх. Лошадям и вовсе достаточно вздремнуть стоя в течение нескольких минут, которые за сутки складываются примерно в три часа. Некоторые новорожденные дельфины и киты бодрствуют вместе с матерями на протяжении всего первого месяца.
Короче, обнаружить единую, универсальную функцию сна так и не удалось. «Физиологические изменения во время сна сильно варьируются у разных видов, - отмечает Маркос Фрэнк из Пенсильванского университета (США). - Но у всех сон отражается на работе мозга». Поэтому большинство исследователей сосредоточились на этом органе. Наиболее очевидным признаком сна признана, условно говоря, потеря «сознания» (или сокращение «сознательности» у некоторых животных). И недостаток сна приводит к когнитивному кризису не только у людей, но и у крыс, плодовых мушек и почти у всех остальных изученных видов.
Основную часть сна занимает медленноволновая фаза, известная как третья стадия, или стадия глубокого сна (см. диаграмму). Её свойственны характерные волны электрической активности мозга, вызванные синхронизированной активацией нейронов, которая происходит примерно раз в секунду. С ней смешиваются другие этапы - фаза быстрого движения глаз, когда деятельность мозга напоминает бодрствование, и переходы между ними.
Считается, что сон - это именно медленноволновой этап, ибо как раз в этот период происходит всё то, что должен сделать для организма сон. Именно в этой фазе работа мозга сильнее всего отличается от бодрствования. В её начале волны становятся особенно большими, когда потребность во сне максимальна. Если вы долго не спите, эти медленные волны будут нарастать, пока вы не заклюёте носом.
Функции сна можно разделить на две большие группы: одни связаны с «ремонтом» и «обслуживанием» мозга, а другие - с выполнением мозгом уникальных для сна задач.
Сто лет назад считалось, что в период бодрствования в нас вырабатывается некий токсин, накоплению которого мы в конце концов не можем сопротивляться и засыпаем, чтобы дать возможность мозгу очиститься. Такое вещество не было обнаружено, и современный вариант той же гипотезы гласит: днём происходит постепенное снижение поставок больших молекул, необходимых для работы мозга, в том числе белков, РНК и холестерина. Запасы пополняются как раз во время сна. В экспериментах с животными выяснилось, что производство таких молекул увеличивается во время медленноволновой фазы сна. Однако, по словам скептиков, это лишь корреляция и нельзя говорить о том, что наше желание спать зависит от уровня этих молекул.
Вторая группа тоже имеет давнюю историю. Ещё Зигмунд Фрейд предположил, что все сновидения посвящены исполнению заветных желаний (часто замаскированному), но в науке эта гипотеза не нашла подтверждения. Однако есть веские причины считать, что во время сна мозг всё же выполняет одну очень важную и уникальную функцию: он занимается консолидацией памяти. Воспоминания не высекаются в камне в момент события. Поначалу они хранятся в своего рода ОЗУ, и лишь потом то, что по каким-то причинам показалось важным, отправляется в ПЗУ.
Эксперименты и на животных, и на людях показывают, что самые сильные воспоминания формируются, когда моменты запоминания и вспоминания разделяет сон. Например, в ходе одного из опытов электроды, размещённые в крысиных мозгах, показали, что во время сна небольшие группы нейронов воспроизводят тот режим деятельности, который впервые был зарегистрирован, когда крысы бодрствовали и учились.
С 2003 года набирает силу новая гипотеза, объединяющая оба объяснения. В центре её внимания - синапсы, с помощью которых общаются нейроны. Известно, что при формировании воспоминаний синапсы участвующих в этом процессе нейронов становятся сильнее. Основная мысль заключается в том, что в состоянии бодрствования мы постоянно создаём новые воспоминания и, следовательно, укрепляем синапсы. Но этот процесс не может продолжаться бесконечно: в какой-то момент был бы достигнут максимума энергетической эффективности и новые воспоминания перестали бы формироваться. Решением этой проблемы становится фаза медленноволнового сна: при отсутствии входящего потока данных медленно «стреляющие» нейроны постепенно снижают силу синапсов по всем направлениям, сохраняя при этом относительную разницу в силе между синапсами и позволяя новым воспоминаниям сохраниться (см. диаграмму ниже).
«Гипотеза гомеостаза синапсов» получила немало доказательств. Сканирование человеческого мозга говорит о том, что наше серое вещество требует больше энергии в конце дня, чем в начале. Джулио Тонони и Кьяра Сирелли из Университета штата Висконскин в Мэдисоне (США), предложившие гипотезу, показали, что у грызунов и плодовых мушек прочность синапсов возрастает в период бодрствования и падает во время сна. Более того, когда мы изучаем то, что требует работы определённой части мозга, именно эта область генерирует более интенсивные медленные волны во время последующего сна.
Несмотря на большое внимание, которое в последние годы получила эта гипотеза, она ещё не успела завоевать сердца всех и каждого. Например, нейробиолог Джерри Сигел из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) придерживается мнения о том, что сон - это просто адаптивный способ сэкономить энергию, не занимаясь кормлением и размножением. Животное находит укромное место, прячется в нём и бережёт себя для будущего. А различия в образе сна между видами - следствие различий в образе жизни.
Но большинство всё же склоняется к тому, что функция сна столь же сложна, сколь сложен мозг. Наверное, лаконичный ответ на вопрос о том, почему мы спим, едва ли удастся получить.
Подготовлено по материалам NewScientist.
Выскребенцев Дмитрий
Работа, несомненно, представляет большой интерес. Дмитрий подробно рассказывает о том, как спали дети в детском саду - одни засыпали быстро, едва прислонив голову к подушке, а другие долго капризничали, не хотели спать...Детсадовская группа перешла в школу. Дима провёл опрос среди учащихся класса и выяснил, кто сколько спит (в процентном отношении).
Затем он доказывает, что сон просто необходим не только человеку, но вообще всем живым существам.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Муниципальное общеобразовательное учреждение – «Закутчанская
средняя общеобразовательная школа Вейделевского района
Белгородской области»
Исследовательская работа
на тему:
«Почему мы спим?»
Подготовил:
Выскребенцев Дмитрий,
Учащийся 4 класса.
Руководитель: Дорошенко Л.А.
2015
слайд 1
«Почему мы спим?»
слайд 2
Актуальность.
Когда я пошёл в детский садик, то меня удивило, что все дети спят по-разному. Одни капризничают, плачут, не хотят даже ложиться в постельку; другие засыпают, только лишь прислонив голову к подушке. И время сна тоже у всех разное.
Наша детсадовская группа перешла в 1 класс. И тут уже я решил расспросить ребят о том, кто сколько спит.
В нашем классе 15 человек - 8 мальчиков и 7 девочек. После передачи «Спокойной ночи, малыши!» идут в спальню 4 человека (26%). До 10 часов вечера продолжали бодрствовать 5 опрошенных (33%). В 23 часа засыпают остальные 6 человек (39%).
Загадка сна волновала людей всегда. Кажется странным, таинственным, что бодрый и полный сил человек с наступлением темноты закрывает глаза, неподвижно ложится и словно бы умирает до восхода солнца: ничего не видит, не чувствует опасности, не принимает участие в разговоре и не способен защитить себя.
Идея.
Именно поэтому мне захотелось узнать, почему же мы спим, существует ли признанная теория сна?
слайд 3
Цели .
Выяснить , почему мы спим, важен ли сон?
Изучить , кто как спит и сколько?
Доказать , что сон нужен организму, прежде всего, для поддержания жизнедеятельности.
Убедить , что длительное лишение сна может погубить живое существо.
Задачи .
Изучить литературу по теме;
установить , существует ли признанная теория сна;
исследовать , что происходит с нашим организмом во время сна.
слайд 4
Гипотезы .
Предположим, организм сам знает, когда нужно тормознуть…
Возможно , сон экономит калории…
Что, если свет и темнота по-разному действуют на организм…
Методы исследования.
Подумать самостоятельно;
изучить источники информации;
понаблюдать;
спросить у взрослых;
поиск в интернете.
Ожидаемый результат .
Эта работа поможет приблизиться к разгадке тайн сна.
слайд 5
Когда машина проходит какое-то количество километров, ее мотор подлежит обязательному осмотру в гараже. Где заменяются аккумуляторы, заливается масло, бензин в бак, вода в радиатор.
Что-то подобное, похожее на восстановительный ремонт, происходит с нашим организмом во время сна.
У машины есть одно большое преимущество: она может работать круглые сутки. Человеку необходимо через определенные промежутки времени восстановить уставшие органы и ткани своего тела: подремонтировать организм и избавиться от накопившихся в нем за день отходов жизнедеятельности. Все это делается во время сна.
слайд 6
Некоторые исследователи считают, что сам сон, как таковой, не важен для млекопитающих и птиц и является просто возможностью погрузить тело в спокойное и неподвижное состояние.
слайд 7
Однако до сих пор не найдено ни одного живого существа, которое бы бодрствовало всю жизнь.
слайд 8
В ходе исследования я выяснил – спят все : насекомые, рептилии, птицы, млекопитающие…
слайд 9
Но продолжительность сна у всех разная, причем она не всегда зависит от размера животного.
слайд 10
Белки спят по 15 часов в сутки.
слайд 11
Лошадь и слон - единственные животные, которые могут спать стоя постоянно. Слон спит четыре часа в сутки.
Жирафы иногда спят лежа, но большее количество времени они находятся в вертикальном положении и спят стоя, иногда помещая голову между двумя ветками, чтобы не упасть.
слайд 12
Слишком много спят домашние животные: ведь они экономят время, которое их дикие собратья тратят на поиски пищи. Собака, которую хозяева, уходя на работу, заперли в квартире, обычно спит целый день до их возвращения, но и ночью бессонницей не страдает.
слайд 13
Ну а для человека норма сна – в среднем семь часов – это треть всей его жизни.
слайд 14
Спят все, но оказывается - не все живые существа спят, что называется, без задних лап:
черные стрижи спят в полете,
слайд 15
змеи спят с открытыми глазами,
слайд 16
аисты и фламинго спят стоя на одной ноге,
слайд 17
у морских котиков спит только одна половина мозга.
Даже дельфин , млекопитающее животное, которое находится в непрерывном движении, иногда впадает в состояние, очень похожее на сон. В таком состоянии одно полушарие мозга отключается, и дельфин плавает с закрытым глазом.
Тот факт, что дельфины, постоянно двигаясь, все же развили способность впадать в состояние похожее на сон, говорит о том, что сон является жизненно-важной потребностью и от него нельзя просто взять и отказаться.
слайд 18
Почему мы спим – величайшая загадка современной биологии. Я попытался приблизиться к разгадке тайн сна и выяснил, что существует много теорий сна и пока ни одна из них не признана ведущей.
слайд 19
Итак,
Циклическая теория сна
Как день закономерно сменяется ночью в течение миллиардов лет, так и деятельность должна сменяться покоем. Оказывается, свет, и темнота по-разному действуют на химические реакции обмена веществ. Гормоны имеют циклический ритм выделения в кровь и при нормальном образе жизни количество «активизирующих» гормонов к вечеру падает.
слайд 20
Диетическая теория сна
Возможно, сон экономит калории. Много калорий теряется при высокой теплоотдаче, поэтому, чем меньше животное, тем больше оно спит. Но и многие крупные животные (такие как медведи) впадают в спячку на зиму, поскольку не могут себя прокормить в холодное время года. Во время продолжительного и глубокого сна у человека выделяется гормон лептин, подавляющий аппетит. Поэтому люди, которые высыпаются, реже подвержены приступам обжорства, и могут сохранять более стройную фигуру.
слайд 21
Энергетическая теория сна
Во время бодрствования клетки мозга потребляют много энергии в виде гликогена (глюкозы, сахара). Поскольку нейроны одновременно эффективно обрабатывать информацию и накапливать гликоген не в силах, то во время сна они устраивают информационный перерыв и занимаются только «пополнением энергетических кладовых».
слайд 22
Иммунная теория сна
Известно, что во время ночного покоя некоторые внутренние железы, например, гипофиз или надпочечники, особенно активны. А гормоны, выделяемые ими, как раз укрепляют иммунитет.
слайд 23
Защитная теория сна
Даже у таких низших существ, как кухонные тараканы, которые спят, наклонив голову и расслабив антенны, из-за непрерывной 24-часовой активности повышен риск преждевременной смерти. Что уж говорить о людях. Сон - просто необходим для нормальной жизнедеятельности и хорошего самочувствия.
слайд 24
Тормозная теория сна
Предположим, что организм сам знает, когда нужно тормознуть и дать мозгу возможность разложить накопленную информацию «по полочкам». Возможно ли заставить мозг работать беспрерывно?
Я задали вопрос своим стареньким прадедушке и прабабушке (они плохо спят ночью), «необходим ли людям сон?», и они ответили: «Конечно!»
Несомненно, длительное лишение сна может погубить живое существо.
слайд 25
Следовательно, можно сделать вывод - какая бы теория не восторжествовала со временем, понятно одно: любому существу необходимо спать достаточное количество времени для того, чтобы оставаться здоровым. И человеку в том числе!
слайд 26
Спасибо за внимание!
Литература
1. Популярная энциклопедия для детей. Всё обо всём. / Сост. Г.П. Шалаева.- М., 1996. Т.3, 4, 10;
2. Нарушения сна и бодрствования, Вейн А. М., М., 1974;
3. Спячка животных / Калабухов Н. И., 3 изд., Харьков, 1956;
4. Энциклопедия для детей. Биология / Аксёнова М., Вильчек Г., Аванта+; 2004.
Все от плодовых мушек до дельфинов нуждаются в том, чтобы время от
времени прикрывать глаза. Причина тому, по-видимому, кроется в мозге и
остаётся одной из главных загадок биологии.
На это занятие мы тратим около трети своей жизни. Если нас этого лишить, мы заболеем . Но мы до сих пор не знаем хорошенько, зачем нам надо спать.
На первый взгляд, ответ очевиден: чтобы мозг и другие органы могли
отдохнуть и восстановиться. Но почему мы не можем отдохнуть, оставаясь в
сознании и продолжая быть начеку? Почему мы не можем восстановить силы,
бодрствуя? Загадка...
Сон - настолько распространённое в природе явление, что оно должно быть безумно полезным. Даже плодовые мушки и нематоды временами впадают в состояние полного бездействия, из которого выходят не очень легко, то есть сон свойствен даже простейшим животным. Но многолетние наблюдения так и не дали корреляции между сном и физиологическими потребностями у животных. Так что ещё одной тайной является многообразие видов сна.
Например, некоторые летучие мыши спят 20 часов в сутки, а крупные травоядные млекопитающие - менее четырёх часов. Лошадям и вовсе достаточно вздремнуть стоя в течение нескольких минут, которые за сутки складываются примерно в три часа. Некоторые новорожденные дельфины и киты бодрствуют вместе с матерями на протяжении всего первого месяца.
Короче, обнаружить единую, универсальную функцию сна так и не удалось. «Физиологические изменения во время сна сильно варьируются у разных видов, - отмечает Маркос Фрэнк из Пенсильванского университета (США). - Но у всех сон отражается на работе мозга ». Поэтому большинство исследователей сосредоточились на этом органе. Наиболее очевидным признаком сна признана, условно говоря, потеря «сознания» (или сокращение «сознательности» у некоторых животных). И недостаток сна приводит к когнитивному кризису не только у людей, но и у крыс, плодовых мушек и почти всех остальных изученных видов.
Основную часть сна занимает медленноволновая фаза, известная также, как третья стадия или стадия глубокого сна (см. диаграмму). Её свойственны характерные волны электрической активности мозга, вызванные синхронизированной активацией нейронов, происходящей примерно раз в секунду. С нею смешиваются другие этапы - фаза быстрого движения глаз, когда деятельность мозга напоминает бодрствование, и переходы между ними.
Считается, что сон - это именно медленноволновый этап, ибо именно в этот период происходит всё то, что должен сделать для организма сон. Именно в этой фазе работа мозга наиболее сильно отличается от бодрствования. В её начале волны становятся особенно большими, когда потребность во сне особенно велика. Если вы долго не спите, эти медленные волны будут нарастать, пока вы не заклюёте носом.
Объяснение функций сна можно разделить на две большие группы: одни связаны с «ремонтом» и «обслуживанием» мозга, а другие - с выполнением мозгом уникальных для сна функций.
Сто лет назад считалось, что в период бодрствования в нас вырабатывается некий токсин, накоплению которого мы в конце концов не можем сопротивляться и засыпаем, чтобы дать возможность мозгу очиститься. Такое вещество не было обнаружено, и современный вариант той же гипотезы гласит: днём происходит постепенное снижение поставок больших молекул, необходимых для работы мозга, в том числе белков, РНК и холестерина. Запасы пополняются как раз во время сна. В экспериментах над животными выяснилось, что производство таких молекул увеличивается во время медленноволновой фазы сна. Однако, по словам скептиков, это лишь корреляция и нельзя говорить о том, что наше желание спать зависит от уровня этих молекул.
Вторая группа тоже имеет давнюю историю. Ещё Зигмунд Фрейд предположил, что все сновидения посвящены исполнению заветных желаний (часто замаскированному), но в науке эта гипотеза не нашла подтверждения. Однако есть веские причины считать, что во время сна мозг всё же выполняет одну очень важную и уникальную функцию - он занимается консолидацией памяти. Воспоминания не высекаются в камне в момент события. Поначалу они хранятся в своего рода ОЗУ и лишь потом то, что по каким-то причинам показалось важным, отправляется в ПЗУ.
Эксперименты и на животных, и на людях показывают, что самые сильные воспоминания формируются, когда моменты запоминания и вспоминания разделяет сон. Например, в ходе одного из опытов электроды, размещённые в крысиных мозгах, показали, что во время сна небольшие группы нейронов воспроизводят тот режим деятельности, который впервые был зарегистрирован, когда крысы бодрствовали и учились.
С 2003 года набирает силу новая гипотеза, объединяющая оба объяснения. В центре её внимания - синапсы, с помощью которых общаются нейроны. Известно, что при формировании воспоминаний синапсы участвующих в этом процессе нейронов становятся сильнее. Основная мысль заключается в том, что в состоянии бодрствования мы постоянно создаём новые воспоминания и, следовательно, укрепляем синапсы. Но этот процесс не может продолжаться бесконечно: в какой-то момент был бы достигнут максимум энергетической эффективности и новые воспоминания перестали бы формироваться. Решением этой проблемы становится фаза медленноволнового сна: в отсутствие входящего потока данных медленно «стреляющие» нейроны постепенно снижают силу синапсов по всем направлениям, сохраняя при этом относительную разницу в силе между синапсами, позволяя новым воспоминаниям сохраниться (см. диаграмму ниже).
Карл Циммер
Ученые ищут ответ в истории эволюцииВ террариумах лаборатории университета штата Индиана живут безмятежно с десяток зеленых игуан. Часами они греются в лучах инфракрасных ламп, а по ночам закрывают по оба глаза. Иногда, правда, по одному. Их жизнь не отличается от той, которую ведут обычные домашние игуаны, за одним важным исключением: к их головам подсоединены пучки проводов, ведущих к датчикам работы мозга.
Ученые университета хотят выяснить, что происходит в мозгу игуан, когда свет не горит. Спят ли они также как мы? Полностью ли отключается их мозг, или половина его бодрствует? Исследователи надеются, что игуаны помогут дать ответ и на более фундаментальный вопрос: для чего все-таки существует сон?
"Интерес науки к проблемам сна огромен, но на самом деле мы еще не знаем, что это такое", - говорит Стивен Лима, биолог из университета Индианы.
Доктор Лима принадлежит к небольшой, но растущей, группе ученых, которые проводят глубокие исследования сна в царстве животных. Они предполагают, что большинство видов нуждаются во сне и что эволюция сна продолжается уже более полумиллиарда лет.
Современные животные спят очень по-разному. Например, крыса-пасюк спит 20 часов в сутки, а жираф – менее двух. Для того чтобы понять, почему люди спят именно так, как они это делают, ученым надо найти объяснение поведению миллионов других видов, которые также спят.
"Одна из причин, не позволивших нам понять природу сна, состоит в том, что мы не рассматривали проблему в преломлении эволюции", - говорит доктор Лима.
Долгое время считалось, что спят только позвоночные, но недавно ученые выяснили, что такие беспозвоночные, как пчелы и раки также спят. Самая большая работа была проделана с дрозофилами. "Они отдыхают по 10 часов за ночь, а если заставить их бодрствовать дольше, они захотят доспать", - говорит доктор Гуилио Тонони, психиатр из Висконсинского университета.
Аналогии между дрозофилами и людьми можно проводить вплоть до нервных клеток. В течение части ночи оба вида проявляют низкочастотную электрическую активность, получившую название медленноволнового сна.
"Удивительно, но во многом мухи очень похожи на нас", - говорит доктор Тонони.
Узнав, что спят как позвоночные, так и беспозвоночные, ученые пришли к выводу о том, что сон появился на очень ранних стадиях эволюции животных, возможно 600 миллионов лет назад. "Наше поведение во сне – очень древнее эволюционное явление", - говорит доктор Лима.
У ученых есть много соображений по поводу изначальной функции сна. По мнению доктора Тонони, он возник как средство дать нервным клеткам отдохнуть после "тяжелого учебного дня". "Бодрствуя, мы все время узнаем что-то новое, сознательно или бессознательно", - говорит он.
Познание укрепляет связь между клетками, так называемый синапсис, и даже создает новые такие связи. Вместе с тем, синапсис требует много дополнительной энергии. "Это означает, что к концу дня мозг потребляет больше энергии, - говорит доктор Тонини. – Теперь-то и нужно поспать".
Он утверждает, что "медленный сон" ослабляет синапсис в течение ночи. "Даже если все связи ослабевают, мы все равно кое-что помним, но в целом напряженность спадает, - говорит он. – На утро у нас больше свободной энергии, выше трудоспособность".
Предшественники человека стали отличаться от предшественников мух почти 600 миллионов лет назад. По мере их эволюции эволюционировал и их сон. Люди спят не только медленноволновым сном, в некоторые периоды сна мы часто моргаем, в это время нам снятся сны. Этот так называемый "быстрый сон" обычно приходит к концу ночи, после периодов глубокого медленноволнового сна.
Другие млекопитающие, а также птицы, спят подобным образом. Исследователи намерены выяснить, существовали ли эти общие признаки у общих предшественников птиц и млекопитающих, а также у рептилий, живших 310 миллионов лет назад. Возможно также, что у птиц и млекопитающих такая структура сна развивалась независимо, подобно тому, как у птиц и летучих мышей выросли крылья, а у млекопитающих нет.
Не исключено, что ответ на этот вопрос поможет ученым понять, почему существует "быстрый сон". Они давно обсуждают, зачем он нужен, предполагая, что он играет важную роль в работе памяти и познания. В одном из октябрьских номеров журнала Nature Джером Зигель, эксперт по вопросам сна из Калифорнийского университета, утверждал, что "быстрый сон" физиологически мене важен, чем медленноволновый. Он отмечает, что травмы мозга и даже антидепрессанты могут резко сократить период "быстрого сна" без каких-либо видимых побочных эффектов.
По мнению доктора Тонони, что, в конечном счете, изучение животных поможет врачам найти более эффективные способы лечения расстройств сна. "Не существует приемлемых рекомендаций по вопросу здорового сна, поскольку совершенно неизвестно, что это такое, - говорит он. – Достаточно ли вздремнуть семь часов? Что важнее, глубокий сон или "быстрый" - неизвестно".
"Вполне возможно, что вам достаточно спать меньше, чем вы сейчас спите, лишь бы сон выполнил свою задачу. Поэтому критически важно понять, в чем эта задача состоит", - добавляет доктор Тонони.
Почему нас тянет в сон?
Ученые исследуют сон животных в надежде ответить на фундаментальный вопрос: зачем существует сон?
| Животное | Спит в сутки, часов | Доля "быстрого сна" | Состояние глаз во сне |
| Мешотчатый прыгун | 20.1 | 16% | Оба закрыты |
| Крыса-пасюк | 19.9 | 10% | |
| Опоссум | 19.4 | 29% | |
| Трехполосый дурукули | 17.0 | 11% | |
| Сумчатая крыса | 16.0 | 17% | |
| Тупайя обыконовенная | 15.8 | 16% | |
| Зебровая амадина | 14.7 | 2% | Иногда один открыт |
| Суслик | 14.5 | 19% | |
| Горный бобр | 14.4 | 17% | |
| Кроличья сова | 14.3 | 5% | |
| Кошка | 13.2 | 26% | |
| Шиншилла | 12.5 | 12% | |
| Голубь | 11.9 | 8% | |
| Домашний цыпленок | 11.8 | 10% | |
| Макак-резус | 10.8 | 12% | |
| Шимпанзе | 10.8 | 15% | |
| Собака | 10.7 | 29% | |
| Трехпалый ленивец | 10.5 | 11% | |
| Императорский пингвин | 10.5 | 13% | |
| Еж | 10.1 | 29% | |
| Дрозофила | 10.0 | 0% | Нет век |
| Утка | 9.1 | 16% | |
| Кролик | 8.7 | 14% | |
| Свинья | 8.4 | 26% | |
| Куропатка | 6.6 | 17% | |
| Индийский слон | 5.3 | 34% | |
| Краснохвостый сарыч (ястреб) | 4.5 | 9% | |
| Корова | 4.0 | 19% | |
| Лошадь | 2.9 | 27% | |
| Жираф | 1.9 | 21% |
Источники: Dr. Charles Amlaner, Indiana State University; Jerry Siegel, UCLA; Dr. Giulio Tononi, University of Washington
Публикуется с сокращениями с разрешения The New York Times News Service and Syndicate Co.
Оригинал сообщения находится на сайте
Сон - настолько распространённое в природе явление, что оно должно быть безумно полезным. Даже плодовые мушки и нематоды временами впадают в состояние полного бездействия, из которого выходят не очень легко, то есть сон свойствен даже простейшим животным. Но многолетние наблюдения так и не дали корреляции между сном и физиологическими потребностями у животных. Так что ещё одной тайной является многообразие видов сна.
Например, некоторые летучие мыши спят 20 часов в сутки, а крупные травоядные млекопитающие - менее четырёх. Лошадям и вовсе достаточно вздремнуть стоя в течение нескольких минут, которые за сутки складываются примерно в три часа. Некоторые новорожденные дельфины и киты бодрствуют вместе с матерями на протяжении всего первого месяца.
Короче, обнаружить единую, универсальную функцию сна так и не удалось. «Физиологические изменения во время сна сильно варьируются у разных видов, - отмечает Маркос Фрэнк из Пенсильванского университета (США). - Но у всех сон отражается на работе мозга». Поэтому большинство исследователей сосредоточились на этом органе. Наиболее очевидным признаком сна признана, условно говоря, потеря «сознания» (или сокращение «сознательности» у некоторых животных). И недостаток сна приводит к когнитивному кризису не только у людей, но и у крыс, плодовых мушек и почти у всех остальных изученных видов.
Основную часть сна занимает медленноволновая фаза, известная как третья стадия, или стадия глубокого сна (см. диаграмму). Её свойственны характерные волны электрической активности мозга, вызванные синхронизированной активацией нейронов, которая происходит примерно раз в секунду. С ней смешиваются другие этапы - фаза быстрого движения глаз, когда деятельность мозга напоминает бодрствование, и переходы между ними.
Считается, что сон - это именно медленноволновой этап, ибо как раз в этот период происходит всё то, что должен сделать для организма сон. Именно в этой фазе работа мозга сильнее всего отличается от бодрствования. В её начале волны становятся особенно большими, когда потребность во сне максимальна. Если вы долго не спите, эти медленные волны будут нарастать, пока вы не заклюёте носом.
Функции сна можно разделить на две большие группы: одни связаны с «ремонтом» и «обслуживанием» мозга, а другие - с выполнением мозгом уникальных для сна задач.
Сто лет назад считалось, что в период бодрствования в нас вырабатывается некий токсин, накоплению которого мы в конце концов не можем сопротивляться и засыпаем, чтобы дать возможность мозгу очиститься. Такое вещество не было обнаружено, и современный вариант той же гипотезы гласит: днём происходит постепенное снижение поставок больших молекул, необходимых для работы мозга, в том числе белков, РНК и холестерина. Запасы пополняются как раз во время сна. В экспериментах с животными выяснилось, что производство таких молекул увеличивается во время медленноволновой фазы сна. Однако, по словам скептиков, это лишь корреляция и нельзя говорить о том, что наше желание спать зависит от уровня этих молекул.
Вторая группа тоже имеет давнюю историю. Ещё Зигмунд Фрейд предположил, что все сновидения посвящены исполнению заветных желаний (часто замаскированному), но в науке эта гипотеза не нашла подтверждения. Однако есть веские причины считать, что во время сна мозг всё же выполняет одну очень важную и уникальную функцию: он занимается консолидацией памяти. Воспоминания не высекаются в камне в момент события. Поначалу они хранятся в своего рода ОЗУ, и лишь потом то, что по каким-то причинам показалось важным, отправляется в ПЗУ.
Эксперименты и на животных, и на людях показывают, что самые сильные воспоминания формируются, когда моменты запоминания и вспоминания разделяет сон. Например, в ходе одного из опытов электроды, размещённые в крысиных мозгах, показали, что во время сна небольшие группы нейронов воспроизводят тот режим деятельности, который впервые был зарегистрирован, когда крысы бодрствовали и учились.
С 2003 года набирает силу новая гипотеза, объединяющая оба объяснения. В центре её внимания - синапсы, с помощью которых общаются нейроны. Известно, что при формировании воспоминаний синапсы участвующих в этом процессе нейронов становятся сильнее. Основная мысль заключается в том, что в состоянии бодрствования мы постоянно создаём новые воспоминания и, следовательно, укрепляем синапсы. Но этот процесс не может продолжаться бесконечно: в какой-то момент был бы достигнут максимума энергетической эффективности и новые воспоминания перестали бы формироваться. Решением этой проблемы становится фаза медленноволнового сна: при отсутствии входящего потока данных медленно «стреляющие» нейроны постепенно снижают силу синапсов по всем направлениям, сохраняя при этом относительную разницу в силе между синапсами и позволяя новым воспоминаниям сохраниться.
«Гипотеза гомеостаза синапсов» получила немало доказательств. Сканирование человеческого мозга говорит о том, что наше серое вещество требует больше энергии в конце дня, чем в начале. Джулио Тонони и Кьяра Сирелли из Университета штата Висконскин в Мэдисоне (США), предложившие гипотезу, показали, что у грызунов и плодовых мушек прочность синапсов возрастает в период бодрствования и падает во время сна. Более того, когда мы изучаем то, что требует работы определённой части мозга, именно эта область генерирует более интенсивные медленные волны во время последующего сна.
Несмотря на большое внимание, которое в последние годы получила эта гипотеза, она ещё не успела завоевать сердца всех и каждого. Например, нейробиолог Джерри Сигел из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) придерживается мнения о том, что сон - это просто адаптивный способ сэкономить энергию, не занимаясь кормлением и размножением. Животное находит укромное место, прячется в нём и бережёт себя для будущего. А различия в образе сна между видами - следствие различий в образе жизни.
Но большинство всё же склоняется к тому, что функция сна столь же сложна, сколь сложен мозг. Наверное, лаконичный ответ на вопрос о том, почему мы спим, едва ли удастся получить.
