Человеческий мозг – самый сложный и малоизученный орган. Но несколько интересных фактов известны доподлинно.
От чего зависит скорость реакции?
Скорость нервного импульса, который поступает в мозг или из него, составляет 274 километра в час. Никогда не задумывались, почему вы так быстро реагируете, когда, скажем, ударите молотком по пальцу? Это все благодаря невероятной скорости нервного импульса, которая равна скорости спортивной машины.
Мозг «дышит» интенсивнее других органов
Масса мозга составляет всего 2% от общей массы тела, однако он потребляет 20% кислорода, который циркулирует в крови – больше, чем любой другой орган. Это делает его очень восприимчивым к повреждениям, связанными с недостаточностью кислорода. Так что дышите глубже!
Нервные клетки восстанавливаются
Нейроны растут всю жизнь. Много лет ученые считали, что нейроны и нервная ткань не способны расти или восстанавливаться. Оказывается, что это не так, хотя нервная ткань ведет себя иначе, чем другие ткани человеческого тела – нейроны растут всю жизнь и этот факт открыл новою страницу в области исследования мозга и его болезней.
Информация в нейронах разного типа передается с разной скоростью. Типов существует несколько и скорость передачи информации в них варьируется от 0.5 до 120 метров за секунду.
Сколько энергии нужно мозгу?
Для полноценной работы мозгу нужен эквивалент энергии, потребляемой 10-ваттной лампочкой. Когда в мультиках возникновение идеи в мозгу героя символизирует лампочка над головой, это не так уж далеко от правды. Мозг также генерирует количество энергии равное маленькой лампочке даже во время сна.
Мозг никогда не спит
Мозг гораздо более активен ночью, нежели днем. Это кажется нелогичным, ведь днем мы двигаемся, он занят вычислениями, решением сложных задач на работе, что должно заставлять его работать интенсивнее, чем во время сна. Оказывается, что все наоборот. Когда вы «отключаетесь», мозг «включается». Ученые пока не понимают, почему это так, но вам стоит поблагодарить ваш мозг за то, что он трудится, пока вы спите.
Количество сновидений зависит от IQ
Ученые утверждают, что чем выше ваш коэффициент интеллекта, тем больше сновидений вы видите. Если это так, то вам не стоит переживать, если вы не можете припомнить, что вам снилось. Большинство из нас плохо помнит сновидения, поскольку они длятся не более 2-3 секунд.
Сколько информации может поместиться в мозгу человека?
Человеческий мозг способен запомнить в 5 раз больше информации, чем содержится в Энциклопедии Британника. Или любой другой энциклопедии. Ученым еще предстоит установить точный объем, но уже известно, что в переводе на компьютерную терминологию мозг способен вместить от 3 до 1000 терабайт. Национальный Британский архив, к примеру, в котором описаны 900 лет истории, занимает всего 70 терабайт – оцените потенциал своего мозга.
Мозг не чувствует боли
Сам по себе мозг не чувствует боли. Конечно, он реагирует, когда вы порежете палец или обожжетесь, но в нем нет болевых рецепторов и, следовательно, боли он не ощущает. Но это не спасает от головной боли – мозг окружен множеством тканей, нервов и сосудов, которые очень даже чувствительны к боли.
Мозг состоит из воды на 80%
У многих мозг ассоциируется с твердой серой массой, напоминающей орех. Но живой мозг – это болотно-розовый желеобразный орган, в тканях которого очень много воды и крови. В следующий раз, когда вас будет мучить жажда, не забывайте, что мозгу тоже нужна живительная влага.
Почему мозг начинает стареть после 20 лет, отличается ли мозг гениев и преступников, восстанавливаются ли нервные клетки, почему они массово гибнут у младенцев?
1. Даже младенцы теряют нервные клетки.
Сколько нейронов (нервных клеток) в мозге человека? У нас их около 85 миллиардов. Для сравнения, у медузы - всего 800, у таракана - миллион, а у осьминога - 300 млн.
Многие считают, что нервные клетки гибнут лишь в пожилые годы, но большая их часть теряется нами еще в детстве, когда в голове ребенка происходит процесс естественного отбора.
Как в джунглях, среди нейронов выживают наиболее эффективные и приспособленные. Если нервная клетка простаивает без работы, у нее включается механизм самоликвидации.
Целые сети нейронов в мозгу малыша борются за существование. Они с разной быстротой и разной эффективностью решают одни и те же насущные задачи, отвечают на бесчисленные вопросы, как команды знатоков в игре «Что, где, когда?».
Проиграв в честной борьбе, слабые команды выбывают, освобождая место победителям. Это ни плохо, ни хорошо, это нормально. Таков суровый, но необходимый процесс естественного отбора в мозге - нейродарвинизм.
2. Нейронов – миллиарды.
Бытует мнение, что каждая нервная клетка - это простейший элемент памяти, как один бит информации в памяти компьютера. Несложные подсчеты показывают, что в этом случае кора нашего мозга вмещала бы всего 1-2 гигабита или не более 250 мегабайт памяти, что никак не соответствуют тому объему слов, знаний, понятий, образов и прочей информации, которой мы владеем. Конечно, нейронов огромное количество, но их, безусловно, не хватит, чтобы вместить все это. Каждый нейрон является интегратором и носителем, множества элементов памяти - синапсов.
3. Гениальность не зависит от размера мозга
Мозг человека весит примерно 1200 - 1400 грамм. Мозг Эйнштейна, к примеру, 1 230 г, не самый большой. Мозг слона почти в четыре раза больше, самый крупный мозг у кашалота - 6800 граммов. Дело здесь не в массе.
В чем разница между мозгом гения и обычного человека? По обложке книги или по числу страниц никогда не скажешь, вышла она из-под пера мастера или графомана. Кстати, и среди преступников попадаются весьма умные люди. Для оценки нужны совершено другие единицы измерения, которых пока не существует. Но в целом мощность мозга зависит от числа синаптических контактов (мозг состоит отнюдь не из одних нейронов, в нем заключено огромное множество вспомогательных клеток. Его пересекают большие и малые кровеносные сосуды, а в центре мозга скрыты четыре так называемых мозговых желудочка, заполненных цереброспинальной жидкостью...).
Главную интеллектуальную мощь мозга составляют нейроны его коры. Особенно важна плотность синаптических контактов между нейронами, а никак не физический вес. Ведь не станем же мы по весу в килограммах определять быстроту компьютера.
По этому показателю мозг животных, даже высших приматов, существенно меньше человеческого. Мы проигрываем животным в скорости бега, в силе и выносливости, в способности лазить по деревьям.… Собственно, во всем, кроме ума.
Мышление, сознание - это то, что отличает человека от животных. Тогда возникает вопрос: почему бы человеку не обзавестись еще более вместительным мозгом?
Ограничивающим фактором является сама анатомия человека. Размер нашего мозга, в конце концов, определяется размером родовых путей женщины, которая не сможет родить ребенка со слишком большой головой. В каком-то смысле мы - пленники собственного строения. И в этом смысле человек не может стать существенно умнее, если только в один прекрасный день не изменит себя сам.
4. Многие болезни можно будет лечить, внедряя в нервные клетки новые гены.
Генетика - невероятно успешная наука. Мы научились не только исследовать гены, но и создаем новые, перепрограммируем их. Пока это лишь эксперименты на животных, и идут они более чем успешно. Близится время, когда многие болезни можно будет вылечить, внедряя в клетки новые или модифицированные гены. Не проводятся ли опыты над человеком? Тайные лаборатории существуют только в фантастических фильмах. Такие научные манипуляции осуществимы только в крупных научных центрах и требуют больших усилий. Беспокойство о несанкционированном взломе человеческого генома на сегодняшний день лишено оснований.
5. Человек использует лишь толику возможностей своего мозга? Это миф.
Многие почему-то считают, что человек использует лишь небольшую часть возможностей своего мозга (скажем, 10, 20 и так далее процентов). Трудно сказать, откуда взялся этот странный миф. Верить в него не стоит. Эксперименты показывают, что нервные клетки, не задействованные в работе мозга, погибают.
Природа рациональна и экономна. В ней ничего не откладывается на всякий случай, про запас. Живым существам невыгодно и просто вредно содержать в мозгу «бездельников». Лишних клеток у нас нет.
6. Нервные клетки восстанавливаются.
Несколько лет назад в 83-летнем возрасте скончался очень известный пациент, американец Генри Моллисон. Еще в молодости врачи, чтобы сохранить ему жизнь, полностью удалили из мозга гиппокамп (от греческого - морской конек), являвшийся источником эпилепсии. Результат оказался тяжелым и неожиданным. Больной потерял способность что-либо запоминать. Он остался совершенно нормальным человеком, мог поддерживать беседу. Но стоило вам выйти за дверь всего на несколько минут, и он воспринимал вас как совершенно незнакомого человека. Каждое утро на протяжении десятков лет Моллисону приходилось заново познавать мир в той его части, каким мир стал после операции (все, что предшествовало операции, больной помнил). Так, волею случая, было установлено, что гиппокамп отвечает за формирование новой памяти. В гиппокампе восстановление нервных клеток (нейрогенез) происходит сравнительно интенсивно. Но значение нейрогенеза не следует переоценивать, его вклад все же невелик.
Дело не в том, что организм злонамеренно желает навредить себе. Центральная нервная система похожа на сложную сеть волокон, на переплетенный клубок проводов. Создать новую нервную клетку организму было бы несложно. Однако сама сеть давно уже сформирована. Как же в нее встроиться новой клетке, чтобы не создать помех? Это можно было бы сделать, найдись в мозгу инженер, который разберется в клубке «проводов». К сожалению, такой должности в мозгу не предусмотрено. Поэтому восстановление клеток мозга взамен утраченных затруднено. Немного помогает слоистая структура коры больших полушарий, она помогает новым клеткам встраиваться в нужное место. Благодаря этому небольшое восстановление нервных клеток все-таки существует.
7. Как одна часть мозга спасает другую
Ишемический инсульт мозга - тяжелая болезнь. Она связана с закупоркой кровеносных сосудов, подводящих кровь. Мозговая ткань чрезвычайно чувствительна к кислородному голоданию и быстро отмирает вокруг закупорившегося сосуда. Если зона поражения не находится в одном из жизненно важных центров, человек выживает, но при этом может частично утратить подвижность или речь. Тем не менее, через продолжительное время (иногда - месяцы, годы) утраченная функция частично восстанавливается. Если нейронов не становится больше, то за счет чего это происходит? Известно, что кора головного мозга имеет симметричное строение. Все ее структуры поделены на две половины, левую и правую, но поражена лишь одна из них. Со временем можно заметить медленное прорастание отростков нейронов из сохранившейся структуры в пострадавшую. Отростки удивительным образом находят правильный путь и частично компенсируют возникший недостаток. Точные механизмы этого процесса остаются неизвестными. Если мы научимся управлять процессом восстановления, регулировать его, это не только поможет при лечении инсультов, но и раскроет одну из самых больших тайн мозга.
8. Когда-то левое полушарие победило правое
Кора головного мозга, как все мы знаем, состоит из двух полушарий. Они несимметричны. Как правило, левое - важнее. Мозг устроен так, что правая часть управляет левой стороной тела, и наоборот. Именно поэтому, у большинства людей доминирует правая рука, управляемая левым полушарием. Между двумя полушариями существует своеобразное разделение труда. Левое отвечает за мышление, сознание и речь. Именно оно мыслит логически и совершает математические операции. Речь - не просто инструмент общения, не только способ передать мысль. Чтобы понять явление или предмет, нам совершенно необходимо его назвать. Например, обозначив класс абстрактным понятием «9а» мы избавляем себя от необходимости всякий раз перечислять всех учеников. Абстрактное мышление свойственно человеку, и лишь в малой степени - некоторым животным. Оно невероятно ускоряет и усиливает мышление, поэтому речь и мышление в каком-то смысле очень близкие понятия.
Правое полушарие отвечает за распознавание образов, эмоциональное восприятие. Оно почти не умеет говорить. Откуда это известно? «Помогла» эпилепсия. Обычно болезнь гнездится только в одном полушарии, но может перекинуться и на второе. В 60-ые годы прошлого века врачи задумались о том, нельзя ли перерезать связи между обоими полушариями ради спасения жизни пациента. Несколько таких операций было проведено. Когда у пациентов прервана естественная связь левого и правого полушарий, то и у исследователя появляется возможность «разговаривать» с каждым из них по отдельности. Было установлено, что у правого полушария весьма ограниченный запас слов. Оно может изъясняться простыми фразами, но абстрактное мышление правому полушарию недоступно. Вкусы и взгляды на жизнь у двух полушарий могут сильно различаться и даже вступать в явные противоречия.
У животных нет центров речи, поэтому и явной асимметрии полушарий у них не выявлено.
Существует гипотеза о том, что несколько тысяч лет назад полушария мозга человека были вполне равноправны. Психологи полагают, что «голоса», так часто упоминаемые в древних источниках, были не чем иным как голосом правого полушария, а не метафорой или художественным приемом.
Как же получилось, что левое полушарие стало доминировать? С развитием мышления и речи одно из полушарий просто обязано было «победить», а другое «уступить», потому что двоевластие в пределах одной личности нерационально. По какой-то причине победа досталась левому полушарию, но нередко встречаются люди, у которых, напротив, доминирует правое полушарие.
9. У правого полушария словарный запас ребенка, зато фантазия круче
Важнейшая функция правого полушария - восприятие зрительных образов. Представим себе картину, висящую на стене. А теперь мысленно расчертим ее на квадратики и начнем постепенно закрашивать их случайным образом. Детали рисунка начнут пропадать, но пройдет довольно много времени, прежде чем мы перестанем понимать, что же именно изображено на картине.
Наше сознание обладает удивительной способностью воссоздавать картину по отдельным фрагментам.
Кроме того, мы наблюдаем динамичный, подвижный мир, почти как в кино. Фильм не рисуется нам в виде отдельных сменяющихся кадров, а воспринимается в постоянном движении.
Еще одной удивительной способностью, которой мы наделены, является умение видеть мир объемным, трехмерным. Совершенно плоская картина отнюдь не кажется плоской.
Одной только силой воображения правое полушарие нашего мозга наделяет картину глубиной.
10. Мозг начинает «стареть» после 20 лет
Главная задача мозга - усваивать прижизненный опыт. В отличие от наследственных признаков, которые остаются неизменными на протяжении всей жизни, мозг способен учиться и запоминать. Однако он не безразмерен и в какой-то момент может просто переполниться, так, что свободного места в памяти больше не будет. В таком случае мозг начнет стирать старые «файлы». Но это чревато серьезной опасностью того, что сотрется нечто важное ради какой-нибудь чепухи. Чтобы этого не произошло, эволюция нашла любопытный выход.
До 18-20 лет мозг активно и неразборчиво поглощает любую информацию. Успешно дожив до этих лет, которые в прошлом считались солидным возрастом, мозг постепенно меняет стратегию с запоминания на сохранение того, что усвоено, дабы не подвергать накопленные знания опасности случайного стирания. Процесс этот происходит медленно и планомерно на протяжении всей жизни каждого из нас. Мозг становится все более консервативным. Поэтому с годами ему все труднее осваивать новое, зато усвоенные знания надежно закрепляются.
Этот процесс не является болезнью, с ним трудно и даже практически невозможно бороться. И это лишний аргумент в пользу того, как важно учиться в молодые годы, когда учеба дается легко. Но и для людей постарше имеются хорошие вести. Далеко не все свойства мозга с годами ослабевают. Словарный запас, количество абстрактных образов, способность рационально и здраво мыслить не утрачиваются и даже продолжают расти.
Там, где молодой неопытный разум запутается, перебирая различные варианты, мозг постарше быстрее найдет эффективное решение благодаря лучшей стратегии мышления. Кстати, чем образованнее человек, чем больше он тренирует свой мозг, тем меньше вероятность заболеваний мозга.
11. Мозгу нельзя сделать больно
Мозг лишен каких-либо чувствительных нервных окончаний, поэтому ему не бывает ни жарко, ни холодно, ни щекотно, ни больно. Это и понятно, если учесть, что он лучше любого другого органа защищен от воздействий внешней среды: добраться до него непросто. Мозг ежесекундно получает точную и разнообразную информацию о состоянии самых удаленных уголков своего тела, знает о любых потребностях, и наделен правом удовлетворить их или отложить на потом. Но себя мозг никак не ощущает: когда у нас болит голова - это лишь сигнал от болевых рецепторов мозговых оболочек.
12. Полезная пища для мозга
Как и все органы тела, мозг нуждается в источниках энергии и в строительных материалах. Иногда говорят, что мозг питается исключительно глюкозой. Действительно около 20% всей глюкозы потребляется именно мозгом, но он, как и любой другой орган, нуждается во всем комплексе питательных веществ. Целые белки никогда не проникают в мозг, перед этим они расщепляются на отдельные аминокислоты. То же касается и сложных липидов, которые перевариваются до жирных кислот, таких как омега-3 или омега-6. Некоторые витамины, например С, проникают в мозг самостоятельно, а такие как В6 или В12 переносятся проводниками.
Следует быть осторожными, употребляя продукты, богатые цинком, например, такие как устрицы, арахис, арбузные семечки. Существует гипотеза о том, что цинк накапливается в мозге и со временем может привести к развитию болезни Альцгеймера.
Мозг использует периоды сна для того, чтобы избавиться от токсинов, накопившихся в нем в течение дня.
Группа американских ученых полагает, что этот механизм является одной из основных причин сна. Они обнаружили, что во время сна нейроны уменьшаются в размерах и между ними возникают пространства, которые заполняются мозговой жидкостью.
Ученые также высказывают предположение, что нарушения в механизме удаления токсичных белков могут иметь отношение к возникновению болезней мозга.
Биологов уже давно интересует вопрос о том, почему все животные погружаются в сон, несмотря на то что это делает их более уязвимыми для хищников.
Известно, что сон играет важную роль в формировании воспоминаний и обработке усвоенной информации, однако ученые из медицинского центра при университете Рочестера пришли к выводу, что одной из главных функций сна может быть очищение мозга.
Мозг обладает ограниченным количеством энергии, и похоже, что он должен выбирать между двумя различными функциональными состояниями - бодрствованием или сном - говорит доктор Майкен Недергаард, одна из исследователей.
Результаты наблюдений ученых основаны на открытии в прошлом году так называемой глимфатической системы, которая действует в мозгу специально для удаления вредных веществ.
Ученые, которые сканировали мозг мышей, обнаружили, что во время сна глимфатическая система увеличивает свою активность в 10 раз, передает ВВС.
Клетки мозга - возможно, глиальные клетки, которые окружают и поддерживают нейроны, - съеживаются во время сна. Это приводит к увеличению межклеточного пространства в веществе мозга, что в свою очередь усиливает приток жидкости, которая выносит из мозга токсины.
По словам доктора Неделигаарда, этот механизм является критически важным для нормального функционирования мозга, однако он может работать только в периоды сна.
Пока это только предположение, но похоже, что мозг тратит массу энергии на прокачивание жидкости через свои ткани, а это несовместимо с обработкой информации, - говорит она.
По ее словам, истинное значение этих результатов станет очевидным только после исследований на людях, и проведение подобных экспериментов с использованием магнитно-резонансной томографии относительно несложно организовать.
Многие дегенеративные заболевания головного мозга, ведущие к утрате его клеток - как, например, болезни Альцгеймера и Паркинсона - сопровождаются формированием в сосудах мозга бляшек, состоящих из токсичных белков.
Исследователи считают, что к возникновению таких заболеваний имеет отношение механизм очистки мозга, но подчеркивают, что необходимы новые исследования.
Как работает мозг во время сна
Каждый человек примерно треть своей жизни проводит во сне. Всё, чем занимался весь день, какие события происходили, с какими людьми общался, какие задачи - лёгкие или неразрешимые ставил перед собой, что предстоит в ближайшем будущем ещё сделать - всё это и ещё многое другое переваривает и расставляет по своим местам наш мозг во время сна. Даже ту информацию, которую вы в течение дня забыли. Оказывается, что в это время наш мозг не отдыхает, а очень даже активен. Как работает мозг во время сна?
Я помню ещё со школьных времён, как на уроки литературы задавали выучить наизусть большие отрывки прозы из литературных произведений. Это тебе не стихотворение, ну никак не запоминается. Пока мама не посоветовала мне на ночь начитывать прямо из книги текст и ложить книгу под подушку. И так несколько ночей подряд до самого урока литературы. На уроке вызывает меня самую первую учительница рассказывать отрывок, а у меня страх, что я ничего не помню. И вдруг не понятно откуда из какой-то ячейки памяти сами собой появляются строчки заданного произведения и я рассказываю без запиночки весь отрывок. То же самое было и в институте во время экзаменов, когда долго и упорно готовишься, уставший ложишься спать с чувством, что ничего не помнишь, а на экзамене откуда-то всплывает в голове правильный ответ.
Ученые выяснили, что во время сна в мозгу появляется система, защищающая полученную информацию. Причём, особенно ту информацию, которая была подана с эмоциональными переживаниями.
Кроме того, что мозг не упускает ничего из полученного и увиденного нами за день, он самостоятельно выстраивает в логические цепочки всё то, что днём казалось не решаемым, поэтому мы наутро кажемся себе мудрее, чем были вчера. Вот откуда одна из первых русских пословиц «Утро вечера мудренее», использованная во многих народных произведениях. Эта простая народная мудрость, оказывается, имеет довольно серьезное научное подтверждение. Во время сна новая информация в мозг не поступает, а уже полученная проходит обработку мозгом с использованием хронологического упорядочения ваших событий и анализа с помощью вашего уже накопленного жизненного опыта. Вам наверняка известно из школьного курса по химии, что Дмитрию Ивановичу Менделееву его Периодическая таблица химических элементов приснилась во сне.
Получается, спит человек, отдыхает, а мозг его в это время непрерывно работает, человек не просто восстанавливает силы, но и видит сны. Ученые доказывают, что все теплокровные животные, даже некоторые птицы, тоже во сне видят сны. По их мнению, это процесс перезагрузки человеческого мозга, во время которого вся ненужная информация «выбрасывается», а важная на утро будет вам подана вашим мозгом как единственно правильная, отфильтрованная и упорядоченная им во время сна.
Если вам приснился не цветной и радужный сон, а какая - нибудь страшилка, это тоже один из результатов работы мозга во сне - реакция на ваши стрессы и страхи. Такой сон призывает обратить внимание на какой-то важный момент жизни.
Но пусть работа вашего мозга во время сна будет направлена на переработку только позитивной, радостной информации, и пусть вам снятся только радужные сны.
Во время сна мозг работает с большей активностью
Ученые Университета Калифорнии доказали, что головной мозг во время сна, работает с большей активностью, словно что-то вспоминает, например, информацию, которую ему дали опытные преподаватели, когда он проходил курсы налоговых консультантов.
Американскими учеными также было проведено несколько научных исследований, в области работы головного мозга человека во время сна. Исходя из этого, ученые пришли к общему мнению, что во время сна вызванного анестезией, мозг человека активно работает. Его активность напрямую связана с воспоминаниями каких-либо событий.
Для более подробного изучения головного мозга, американские ученые исследовали поведение некоторых нейронов мозга, которые по своей природе, включены в процесс формирования памяти.
Благодаря современной технике, специалисты смогли изучить активность отдельно выбранных нейронов головного мозга, а также они определили в какой именно момент, начинается наибольшая активная работа мозга.
Это исследование возглавлял профессор нейрофизики Маянк Р.Мета. проводились на лабораторных мышах. На протяжении всего исследования ученые смогли изучить механизмы, которые проходят в новых и старых центрах головного мозга, гиппокамп и неокортекс.
Немногим ранее, предыдущие исследования показывали, что связь между новыми и старыми центрами головного мозга считается критичной для формирования памяти во сне. Сегодня новые результаты исследования показывают обратное. Функция формирования памяти во время сна характеризует одинаковое воздействие на обе части головного мозга.
Ученые обнаружили в коре головного мозга нейроны, которые активизируются во время так называемого медленного сна. Это открытие может помочь в поисках средств от бессонницы и некоторых неврологических расстройств, считают авторы исследования.
Дмитрий Геращенко из Медицинской школы Гарварда и его коллеги в экспериментах с животными обнаружили группу клеток коры мозга, которые активны во время спонтанного или вынужденного сна, связанного с длительной невозможностью заснуть. Они выявили специфический тип нейронов коры, которые вырабатывают оксид азота - вещество, регулирующее поток крови в мозге. Как установили авторы статьи, эти нейроны активны во время медленного сна в коре мозга мышей, крыс и хомяков.
Медленный сон - одна из фаз сна, на которую приходится около трех четвертей его длительности, это фаза самого глубокого сна. Ранее выдвигались гипотезы, что эта стадия связана с восстановительными функциями сна, а также со способностью к обучению. Группы нейронов, которые активны во время сна, были ранее обнаружены в гипоталамусе и переднем мозге. Однако до сих пор роль клеток коры мозга во время медленного сна оставалась неясной, так как предполагалось, что они находятся в покое во время этой стадии.
Сейчас написано огромное количество публикаций касающихся работы мозга во сне. Всё это ужасно сложно, все эти фазы сна, мозговые волны. В последнее время меня всё чаще волнует разрастающаяся пропасть между реальным миром и миром снов. Подобные мысли бродили во мне и искали повод выйти на страницы моего блога. Поводом послужила прочтённая мною на днях публикация.
То, что в раннем детстве для нас практически не существует разницы между сном и бодрствованием, думаю, знают все. Почему же имеет место такое явление. Тут всё дело в мышлении, точнее в его месте. В детстве мы почти полностью мыслим правым полушарием. Познание мира происходит посредством образов. Поэтому детские воспоминания по своей структуре так похожи на сны.
Как я уже писал ранее, постепенно взрослея, нас учат мыслить готовыми понятиями, определениями, которыми набивают наш мозг. Именно в этом вся беда и опасность левополушарного мышления. Как следствие мы наблюдаем асимметрию нашего мозга. Наше левое полушарие оказывается перегружено за время дневной работы. Что бы как-то выровнять ситуацию, в то время когда наше левое полушарие спит, на сцену выходит правое полушарие и мы погружаемся в мир образного мышления.
Все те образы, которые мы наблюдаем в течение дня, полностью перехватываются правым полушарием. От него не ускользает ни одна деталь. Мышление образами отличается от мышления понятиями тем, что окружающий мир воспринимается таким, какой он есть. При таком способе восприятия невозможно упустить ни одну деталь.
Подобная работа мозга во время сна открывает нам безграничные возможности. Вся беда в том, что мы практически отучились понимать образное мышление мы снова пытаемся интерпретировать его в рамках известных нам понятий сразу после пробуждения. В этом и заключается ошибка всех сонников и толкователей снов. Правое полушарие работает на нас, вот только понять его речь нам трудно.
В свете всех этих рассуждений остаётся непонятно, как на основании дневных образов во сне мы способны видеть будущее Вероятно, в течение дня нас постоянно окружают так называемые путеводные знаки, по которым легко предугадать исход всех событий.
То, что мы всё это видим во сне лишний раз подтверждает нашу невнимательность и зацикленность на мелочных проблемах дня. Выходит, правы те, кто утверждает, что настоящее прошлое и будущее существуют одновременно? А может это магнитное поле Земли так влияет на наш разум?
Источники: www.rosbalt.ru, www.realfacts.ru, www.trental.ru, www.sunhome.ru, hronist.ru
Опухоль головного мозга представляет собой группу различных внутричерепных новообразований, доброкачественных или злокачественных, которые возникают вследствие запуска процесса аномального неконтролируемого деления клеток, которые ранее были нормальными составляющими самой ткани мозга. Это могут быть нейроны, глиальные клетки, астроциты, олигодендроциты, эпендимальные клетки. Это также клетки лимфатической ткани, кровеносных сосудов мозга, черепных нервов, мозговых оболочек, черепа, железистых образований мозга. Рак мозга также может быть следствием метастазирования первичной опухоли, расположенной в другом органе.
Симптоматика заболевания зависит от локализации опухоли, ее гистологии, а сам тип опухоли определяется клетками, ее формирующими. Симптомы опухоли мозга в основном проявляются комбинированно, и при первых же подозрениях необходимо обратиться к врачу: сначала – к терапевту, затем – по показаниям. Врач назначит МРТ, результаты которой поставят все точки над «і» в диагнозе пациента.
Итак, основными признаками опухоли головного мозга являются:
- Сильные головные боли , хотя их может и вовсе не быть даже до последней стадии развития опухоли. Однако если эти боли есть (35% случаев), они мучительны и совсем не похожи на головную боль от утомления и длительного просиживания за компьютером. Если боли сопровождаются тошнотой и головокружениями, дело плохо.
При раке головного мозга боль может беспокоить постоянно или приступообразно, локализоваться в одном месте или быть разлитой. Чаще приступы головной боли появляются внезапно при изменении вертикального положения тела на горизонтальное, при кашле, чихании, натуживании, усиливаются при физической нагрузке, приседаниях, наклонах, напряжении мышц живота, если человек нервничает, пребывает в состоянии стресса. Должно настораживать, если боль больше беспокоит после ночного сна и утихает в течение дня, если она постепенно нарастает, сопровождается рвотой.
- Эпилептические припадки. Этот симптом является первым признаком рака головного мозга у 30% пациентов, а хотя бы один припадок в течение болезни наблюдается у 60% больных. Припадки характерны для начала развития медленнорастущей опухоли, при отеке мозга, метастазах в головной мозг. Они возникают беспричинно и внезапно, происходят в виде ненормальных движений в конечностях с нарушением сознания.
- Тошнота и рвота. Эти симптомы могут возникать на фоне головной боли, обычно натощак и в утренние часы. Если происходит рвота, она не приносит облегчения, как в случае с пищевым отравлением. Ее появление объясняется внутричерепным повышением давления и накоплением токсинов, которые усиленно раздражают рвотный центр. Токсины вызывают усталость, сонливость и слабость. Рвота на ранней стадии более характерна для рака 4 желудочка, продолговатого мозга и червя мозжечка.
- Проблемы со зрением. Параллельно с головными болями могут отмечаться нарушения зрения, потеря зрения на один или оба глаза, раздвоение в глазах. Все зависит от расположения опухоли. Если она размещена за глазами, тогда появление этих симптомов неизбежно. При росте опухоли может отмечаться выпуклость глаз.
- Слабость, утомляемость, неуклюжесть. Опухоль может нарушать баланс и контроль моторных функций. Больной может чувствовать онемение в каких-то частях тела, ему может быть сложно выполнить элементарные действия: одеться, зашнуровать ботинок, почистить зубы.
- Потеря ориентации. У 15-20% пациентов первыми признаками заболевания являются потеря памяти, сложность в ответах на простые вопросы, проблема в концентрации внимания, рассеянность, несобранность, сложность в изложении своих мыслей. Часто больной не может сориентироваться во времени и пространстве, много спит.
- 7. Психические и личностные расстройства. У человека отмечаются частые атаки агрессии или напротив, апатии, которые могут сменять друг друга, наблюдаются эмоциональные расстройства, меняется поведение в общении с другими людьми. Лобная часть мозга отвечает за личностные качества, поэтому опухоль способна превратить человека в абсолютно другую личность.
Наличие всех этих симптомов, вместе или в отдельности, а также частота их появления должны насторожить. Диагностика методом магнитно-резонансной томографии поможет поставить правильный диагноз. И если опухоль мозга подтвердится, дальнейшая жизнь пациента зависит от возможностей его семьи и крепости организма.
Наталья Резник,
кандидат биологических наук
«Химия и жизнь» №3, 2014
А в этот самый день у Кенги было ужасно хозяйственное настроение.
Она решила везде навести порядок и сосчитать все белье и выяснить,
сколько осталось у нее кусков мыла, и сколько у Тигры осталось чистых
салфеток, и сколько у Ру осталось чистых передников, так что она
выставила их обоих из дому...
А. А. Милн. Винни-Пух и все-все-все
Сон - состояние, присущее большинству животных, в том числе и беспозвоночным. Даже морские млекопитающие, для которых уснуть - значит захлебнуться, спят каждым полушарием по очереди. Сон жизненно необходим, бессонница убивает и животных, и людей. Веками ученые пытаются понять, почему это происходит, и в гипотезах не было и нет недостатка. В этой статье мы расскажем о трех.
Глимфатическое половодье
Представления специалистов о назначении сна изменяются по мере развития методов прижизненного исследования мозга. К ним относятся в том числе магнитно-резонансная томография и двухфотонная лазерная микроскопия, которые позволяют наблюдать за перемещением жидкостей и веществ в живых тканях в реальном времени. О магнитно-резонансной томографии в изучении мозга «Химия и жизнь» уже писала (см.: Елена Клещенко «Библиотека мозга» , 2012, №12). Суть двухфотонной лазерной микроскопии заключается в том, что в мозг вводят краситель, флуоресценцию которого периодически возбуждают двумя фотонами, энергия каждого из которых меньше энергии, необходимой для возбуждения флуоресценции. Молекула засветится лишь в том случае, если в нее попадут оба фотона, а произойти это может только в фокусной плоскости микроскопа. Метод позволяет получить четкое изображение тканей на глубину до нескольких сотен микрон, и можно без помех наблюдать за распространением светящейся жидкости.
Правда, чтобы исследовать таким образом мозг лабораторного животного, приходится проделывать в черепе окошечко для освещения флуоресцентных молекул. Но ничего, делают, потом закрывают его специальным стеклом, вживляют электроды и канюли для введения красителя, и грызуны живут со всем этим оборудованием в голове, а время от времени их помещают на часок на столик микроскопа и наблюдают.
В результате подобных экспериментов специалисты Медицинского центра Рочестерского университета (США) под руководством Мейкен Нейдегаард обнаружили «глимфатическую» систему - специфические каналы для течения спинномозговой жидкости (Science Translational Medicine , 2012, 4, 147ra111, DOI:10.1126/scitranslmed.3003748). Исследователи предположили, что система служит для очистки мозга от вредных веществ, которые накапливаются в межклеточном пространстве в результате обменных процессов.
Что такое лимфатическая система, знают все. Лимфа вбирает в себя вредные продукты метаболизма тканей из межклеточной жидкости; ее сосуды открываются в вены, по которым все собранные «отходы» попадают в печень и почки и выводятся из организма. Чем активнее происходит в ткани обмен веществ, тем лучше в ней развита лимфатическая сеть. Но в мозге лимфатических сосудов нет, меж тем его метаболическая активность очень высока, а нейроны и глия чувствительны к внешним воздействиям. Именно с накоплением продуктов клеточной жизнедеятельности связывают развитие нейродегенеративных заболеваний, таких, как болезнь Альцгеймера. По мнению специалистов, основная часть патогенных белков разрушается внутри клеток мозга, однако много вредных молекул оказывается в межклеточном пространстве, и от них тоже надо избавляться. Роль очищающего раствора могла бы играть спинномозговая жидкость (СМЖ). Она высачивается из сосудистого сплетения, протекает через желудочки мозга, омывает его поверхность и снова возвращается в кровоток. Но сквозь толщу мозговой ткани ей пройти трудно, поскольку специальных сосудов для нее там нет, а диффузия идет очень медленно. Оказалось, однако, что специальный скоростной путь для СМЖ все-таки существует (рис. 1).
Спинномозговая жидкость поступает в мозг из субарахноидального пространства - полости между двумя мозговыми оболочками - и движется вдоль артерий. Сосуды окружены отростками глиальных клеток астроцитов, образующими вокруг артерий сеть подобно тому, как ветви тенистой аллеи смыкаются над дорогой. На мембранах этих выростов расположены белки аквапорины (AQP4), которые быстро пропускают в клетки молекулы воды. Через эти поры СМЖ попадает в клетку и движется от астроцита к астроциту, обмениваясь по дороге молекулами с межклеточной жидкостью. В конце концов этот «мусорный» поток достигает сосудов венозной системы и, двигаясь вдоль них, попадает в лимфатические сосуды шеи, а оттуда в печень, где отходы мозговой деятельности постигает общая участь. Поскольку отсутствие гена AQP4 у генетически модифицированных мышей на 65% ухудшает вымывание бета-амилоидов из межклеточной жидкости, исследователи предположили, что именно течение СМЖ обеспечивает очистку мозга от лишних продуктов клеточной активности. С помощью магнитно-резонансной томографии они показали, что таким путем покидают мозг от 40 до 80% крупных белков.
Эту систему исследователи назвали глимфатической за ее зависимость от аквапоринов глиальных клеток и за очищающую функцию, которая роднит ток СМЖ с лимфатической системой периферических тканей. Благодаря глимфатической системе нет необходимости организовывать в мозге отдельную мусоросжигающую фабрику, отходы его жизнедеятельности поступают в общий центр утилизации.
Специалисты нередко связывают очистку мозга со сном. Некоторые белки, присутствующие в межклеточном пространстве ЦНС и подлежащие удалению, в частности бета-амилоиды, тау-белки и синуклеины, вызывают нейродегенеративные расстройства, которые возникают в том числе и при нарушениях сна. Известно, что эти вредные вещества накапливаются во время бодрствования, у спящих людей и животных их межклеточная концентрация меньше, а при бессоннице особенно высока. Возможно, бессонница связана с повышенным уровнем бета-амилоидов. Мейкен Нейдегаард и ее сотрудники проверили альтернативную гипотезу, согласно которой очистка от бета-амилоидов более эффективно происходит во время сна и глимфатические процессы находятся под контролем цикла «сон-бодрствование» (Science , 2013, 342, 373–377, DOI:10.1126/science.1241224).
Исследования глимфатической системы проводили на анестезированных мышах. Удобно, когда животное на столике микроскопа мирно спит. Но теперь ученые наблюдали мышей в трех состояниях: бодрствующих, спящих естественным сном и усыпленных смесью кетамина и ксилазина. Эксперимент организовали так, чтобы наблюдать течение СМЖ в двух разных состояниях активности мозга у одной и той же мыши. Поскольку предстояло работать с бодрствующими животными, их заранее приучили к лежанию на столике микроскопа, а объем и скорость введения красителей подобрали такие, чтобы не повлиять на поведение грызунов. Состояние сна или бодрствования мыши во время эксперимента постоянно контролировали с помощью ЭЭГ и электромиографии, которая определяла тонус шейной мышцы (во сне она расслаблена). Далее, когда мы будем говорить о сне, имеется в виду его медленная фаза.
Значительную часть дня мыши спят. Около полудня спящему грызуну вводили в большую цистерну мозга краситель флуоресцеин-изотиоцианат, ФИТЦ, обладающий сильной желто-зеленой флуоресценцией, и в течение получаса наблюдали за его прохождением по мозгу с помощью двухфотонного лазерного микроскопа. Затем мышь будили, бережно коснувшись рукой хвоста, и повторно вводили другой краситель такого же молекулярного веса - техасский красный (рис. 2). Оказалось, что при бодрствовании поток спинномозговой жидкости сокращается примерно на 95%. Ученые повторили эксперименты с другой группой мышей. На сей раз они начали вечером, когда мыши бодрствовали, и во все время наблюдения трогали зверя за хвостик, чтобы он не заснул в неподвижности. Судя по распределению ФИТЦ, спинномозговая жидкость медленно омывала поверхность коры, практически не проникая вглубь. Спустя полчаса животных усыпили, ввели другой краситель, и он устремился вглубь мозга с такой же скоростью, что и при естественном сне.
Рис. 2. В бодрствующем мозге (справа ) окрашенная спинномозговая жидкость движется вдоль кровеносных сосудов. В спящем (слева ) она просачивается на значительную глубину. Фото L. Xie, H. Kang and M. Nedergaard с сайта www.sciencenews.org" border="0">
Почему у мышей, спящих не важно по какой причине, резко возрастает ток СМЖ? В бодрствующем мозге давление крови и пульсация артерий сильнее, чем в спящем, поэтому разница в скоростях не может быть связана с пульсацией сосудов. Другое объяснение заключается в том, что во сне расширяется межклеточное пространство и жидкость по нему циркулирует свободнее. Активность нейронов сопровождается увеличением концентрации внеклеточных ионов калия, клетки из-за этого набухают, а пространство между ними сокращается. Эксперименты подтвердили, что у бодрствующих мышей объем межклеточного пространства составляет 3–15%, а у спящих 22–24%, то есть разница превышает 60%. Когда животные не спят, ткань мозга сопротивляется потоку жидкости и затрудняет ее движения, а следовательно, и удаление вредных молекул. И действительно, меченые бета-амилоиды, введенные в кору мозга, во время сна покидают ее почти в два раза быстрее, чем при бодрствовании.
Поскольку на величину глимфатического потока влияет не только естественный сон, но и анестезия, она должна быть связана не с циркадными ритмами, а скорее с состоянием «сон-бодрствование». Возможно, изменение объема межклеточного пространства регулируют нейромедиаторы, вызывающие возбуждение. Первым кандидатом на эту роль стал норадреналин, который ответствен за пробуждение коры, а также регулирует активность мембранного транспорта и работу каналов, отвечающих за объем клеток, в периферийных тканях, таких, как почки и сердце.
Исследователи ввели бодрствующим мышам смесь антагонистов к норадреналиновым рецепторам. Антагонисты связываются с рецепторами, и норадреналину сесть уже некуда, поэтому клетки его сигналы не воспринимают. В этих условиях поток СМЖ возрос до уровня, сравнимого с таковым у спящих животных, а объем межклеточного пространства увеличился с 14,3 до 22,6%. Ученые полагают, что норадреналин стимулирует нейронную активность, которая, в свою очередь, влияет на объем межклеточного пространства. Чтобы выяснить в деталях механизм расширения межклеточного пространства во сне, при анестезии или блокаде норадреналиновых рецепторов, еще нужны эксперименты.
Как эта гипотеза объясняет засыпание? Поскольку очистка мозга происходит в режиме «сон», логично предположить, что в это состояние он переходит, когда в нем накапливаются вредные метаболиты. Еще в конце 1990-х годов финская исследовательница Тарья Поркка-Хейсканен, с недавнего времени Стенберг, и ее коллеги из Гарвардской медицинской школы предположили, что переключателем служит аденозин - метаболит нейральной и глиальной активности. Его концентрация в бодрствующем мозге выше, чем в спящем, а при искусственном нарушении сна еще выше. Но стоит заснуть, и она быстро падает. Работа исследователей из Медицинского центра Рочестера объясняет, почему возможно быстрое восстановление: из-за мощного потока СМЖ.
Итак, в период бодрствования в мозге накапливаются вещества, которые необходимо своевременно удалять. Понятно, что уборкой удобнее заниматься, когда никого нет дома. И вот мозг минимизирует активность нейронов и включает проточную систему очистки на полную мощность. Даже кратковременного сна бывает достаточно, чтобы «промыть мозги».
Однако есть и другая теория, согласно которой во сне активность мозга не уменьшается, а переключается на другие объекты.
Висцеральное бессознательное
Во время бодрствования наш мозг занят анализом сигналов, поступающих из внешней среды, и реакцией на эти сигналы. Но есть еще и внутренние органы. Днем они действуют в автоматическом режиме: животное дышит, его сердце бьется, кишечник и желудок сокращаются, пищеварительные железы выделяют ферменты. Однако и эти функции нуждаются в периодическом контроле мозга. Доктор биологических наук И. Н. Пигарёв, ведущий научный сотрудник Института проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН, предлагает висцеральную гипотезу сна, согласно которой нейроны спящего мозга перестают реагировать на внешние сигналы, чтобы переключиться на анализ информации от внутренних (висцеральных) органов (, 2013, 63, 1, 86–104, DOI:10.7868/S0044467713010115).
Не случайно животные и люди выбирают для сна мягкие, темные и тихие места, где их не беспокоят шум, свет и горошина под периной. Во время висцерального обследования мозг не должен отвлекаться на сигналы от внешних рецепторов в кору, он на них не реагирует. Мышцы во время сна расслаблены, спящий вял и неконтактен, однако нейроны его коры при этом активны.
Согласно классическим представлениям, кора разделена на специализированные зоны: зрительные, слуховые, двигательные. И трудно представить, чтобы нейроны, ответственные за обработку зрительных сигналов, анализировали также информацию, поступающую из кишечника. Чтобы проверить это предположение, автор гипотезы сравнил реакцию одних и тех же отделов коры на разные стимулы во время сна и бодрствования. Оказалось, что нейроны коры кошки, которые при бодрствовании отвечали на зрительные сигналы или контролировали движения передних лап, в период медленного сна реагируют на электрическую стимуляцию желудочно-кишечного тракта, причем эта стимуляция не будит кошку, а делает ее сон более глубоким. Сразу после пробуждения и зрительные, и соматосенсорные нейроны возвращались к своим первоначальным функциям, не отвечая больше на висцеральные сигналы. Аналогичным образом вели себя нейроны зрительной коры обезьяны, а также зрительной и соматосенсорной коры кроликов.
Значительная доля знаний о функциональной организации нервной системы была получена именно с помощью метода электрической стимуляции, поэтому сведения, добытые таким способом, можно считать вполне достоверными. Однако современные технологии позволяют исследовать активность нейронов, не прибегая к искусственным стимулам. К исследованию подключились специалисты лаборатории кортиковисцеральной физиологии Института физиологии им. И. П. Павлова и вживили кошкам в гладкомышечные стенки желудка и двенадцатиперстной кишки регистрирующие электроды, позволяющие записывать естественную миоэлектрическую активность этих органов. Полученные данные сопоставили с активностью нейронов коры. Оказалось, что в состоянии бодрствования исследованные нейроны на сокращения желудочно-кишечного тракта не откликаются. Зато в периоды медленного сна электрические импульсы значительной части нервных клеток коры совпадают по времени с миоэлектрической активностью, вызванной сокращениями желудка и двенадцатиперстной кишки. При этом они реагируют на заполнение кишечника. Когда кошкам через фистулы непосредственно в желудок вводили воду, сон животных был более глубоким и длительным, и активность нейронов коры отличалась от той, которую регистрировали у спящих кошек на пустой желудок.
Все доказательства того, что корковые нейроны анализируют сигналы от внутренних органов, были получены в период медленного сна. Однако он чередуется с быстрым, более глубоким, чем медленный. По мнению Ивана Николаевича Пигарёва, мозг занимается обработкой висцеральной информации и в медленном, и в быстром сне. Во время медленной фазы он анализирует деятельность ритмично работающих органов пищеварения, дыхания и сердца. Их ритмическая активность в результате интерференции определяет медленные волны корковой ЭЭГ. Затем сканирование переходит к органам, не имеющим очевидной ритмики: печени, почкам, сосудистой системе, мышцам и сухожилиям. Наконец мозг должен и сам себя обследовать. Так что сон можно рассматривать как единый процесс анализа всех висцеральных систем организма.
Упрощенная схема работы мозга в режиме «сон-бодрствование» представлена на рис. 3. В период бодрствования нейроны коры заняты анализом внешних сигналов, пути, по которым поступает информация от внутренних органов, заблокированы, а внутренние органы работают под контролем автономной нервной системы. Но со временем эта система перестает справляться с ситуацией, и появляется необходимость в контроле со стороны коры. Висцеральные органы постоянно сравнивают свое состояние с эталонным и посылают сигналы о несоответствии на специальные нейроны, откуда они поступают в мозг. Мозг воспринимает их как чувство усталости, и организм старается заснуть. Во сне у коры появляется возможность перераспределить информационные потоки: отключить внешние каналы и сосредоточиться на связи с внутренними органами. Когда все висцеральные параметры приведены в норму, мозг переключается в режим бодрствования, и спящий пробуждается.
На рисунке эта схема выглядит достаточно просто, но ее реализация не всегда идеальна, потому что в роли переключателей выступают химические синапсы, работа которых зависит от многих условий, в том числе от предыдущей активности нейронов. В результате в переключении информационных потоков возникают сбои, которые могут привести к неприятным последствиям. Например, если на двигательные отделы коры, которые еще не отключились от мотонейронов спинного мозга, начнут поступать сигналы от внутренних органов, они вызовут сокращения мышц, например движения конечностей, которые будят засыпающего человека. Такое нарушение хорошо известно как синдром беспокойных ног, но от него есть лекарства. Они позволяют углубить сон в период засыпания, и этого достаточно, чтобы предотвратить возникновение бесконтрольных движений. Когда человек заснет, сигналы от внутренних органов перестанут поступать в спинной мозг и вызывать беспокойство.
Возможно, что сигналы висцеральной системы попадают из коры в еще не полностью отключенный или преждевременно пробуждающийся блок сознания. Сознание - это функция бодрствования, во сне и под наркозом оно отключается. Какие именно нейроны за него отвечают, пока можно лишь предполагать, но ясно, что внутренние органы в сознании не представлены. Их активность сознание воспринимает как шум, а шум прежде всего возбуждает нейроны, имеющие самые низкие пороги ответа, то есть те, которые недавно работали. Вероятно, именно благодаря внеурочной активности этих нейронов мы видим сны, предметом которых становятся события, занимавшие нас в состоянии бодрствования. Смотреть сны интересно, но, если блокировка сознания во время сна нарушена серьезно, человек страдает от ночных кошмаров.
В случае несинхронного включения разных систем, когда сознание уже проснулось, а моторная зона еще спит, человек, пробудившись, некоторое время не может пошевелиться (паралич сна). Обратная ситуация, при которой зона поведения и двигательной активности проснулись, а сознание еще заблокировано, порождает сомнамбулизм. Человек ходит с открытыми глазами, его движения осмысленны и хорошо скоординированы, потом он засыпает, а проснувшись, совершенно не помнит, что перепрятал Лунный камень.
Как эта гипотеза объясняет засыпание? В бодрствующем организме внутренние органы работают под местным контролем автономной нервной системы. Однако эта система не может самостоятельно решать все возникающие проблемы, и постепенно текущие параметры работы внутренних органов отклоняются от генетически заданных норм. Это рассогласование будет вызывать ощущение усталости или давление сна. Если окружающая обстановка допускает переход ко сну, животное или человек отдастся Морфею при первых признаках усталости, а корковые зоны будут анализировать причины возникших проблем и искать пути их устранения. Если же условия неблагоприятные - шумно, тревожно, неотложные дела, - организм борется со сном. В такой ситуации велика вероятность, что отдельные зоны коры все-таки заснут при сохранении внешне бодрого состояния организма (Neu-roreport . 1997, 8, 11, 2557–2560). При этом ни сам человек, ни окружающие его люди не замечают, что часть мозга отключилась от обслуживания поведения. Если выполняемая при этом работа несложна, возникновение локального сна может пройти безболезненно. Но в тех случаях, когда человек занят важным делом, связанным с принятием сложных и быстрых решений, локальный сон приведет к драматическим последствиям. Видимо, именно локальный сон становится причиной техногенных катастроф, дорожных происшествий и медицинских ошибок, вероятность которых возрастает в ночное время.
Положения висцеральной гипотезы сна подтверждают многочисленные эксперименты, проведенные за последние двадцать лет на кошках, обезьянах и кроликах.
Но есть и другие предположения о том, зачем нужен сон, не менее убедительные.
Холодная голова
Доктор физико-математических наук Д. П. Харакоз, много лет проработавший в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН, предложил фазово-переходную концепцию, согласно которой во сне происходит очистка пресинаптической мембраны путем ее перекристаллизации - перехода из жидкого состояния в твердое и обратно (Журнал высшей нервной деятельности , 2013, 63, 1, 113–124, DOI:10.7868/S0044467713010061). К сожалению, из-за безвременной кончины автор гипотезы не успел ее проверить.
Итак, синапс. В данном случае мы говорим о контактах между нейронами, через которые передается возбуждение. Нейрон синтезирует нейромедиатор, который в мембранных пузырьках везикулах движется к клеточной пресинаптической мембране. Когда нейрон возбужден, в него входят ионы кальция, под их влиянием происходит конформационная перестройка расположенного на пресинаптической мембране особого белкового SNARE-комплекса (см. в «Химии и жизни», 2013, №11). Она завершается слиянием везикулярной и цитоплазматической мембран и образованием поры, через которую нейромедиатор выходит в синаптическую щель. Весь процесс занимает менее 0,1 мс. По расчетам автора гипотезы, такая скорость высвобождения нейромедиатора возможна лишь в том случае, если фосфолипидная пресинаптическая мембрана в зоне поры отвердеет: составляющие ее липидные молекулы замирают «по стойке смирно», тесно прижавшись друг к другу, и мембрана становится практически несжимаемой. При этом площадь ее поверхности сокращается на 20–25%, что и служит причиной разрыва и слияния мембран и высвобождения нейромедиатора. Переход жидкой мембраны в твердую фазу вызывают ионы кальция, а благодаря SNARE-комплексу разрыв пресинаптической мембраны происходит не в произвольном месте, а в точке ее контакта с везикулой.
В теплокровном организме узкий диапазон температур. В таких условиях переход жидкой мембраны в твердую фазу и обратно возможен лишь при определенном липидном составе, но в ходе работы мембрана по разным причинам загрязняется посторонними липидами. Следовательно, должен существовать механизм ее очистки в активной зоне синапса.
По мнению Дмитрия Петровича Харакоза, организм использует для восстановления состава мембраны перекристаллизацию: простой, эффективный и неспецифический метод очистки, при котором чистое вещество уходит в твердую фазу, а примеси концентрируются в жидком состоянии и удаляются. Механизм удаления примесей автор не описывает. Но для перекристаллизации нужно понизить температуру ниже точки отвердевания мембраны.
Возможности для перекристаллизации мембран в организме есть. Они весьма чувствительны к внешним воздействиям и отвердевают при небольшом охлаждении. Организм теплокровных очень эффективно регулирует температуру. Нагревание происходит в результате метаболических процессов в разных тканях, а охлаждение - через дыхательные пути и кожные покровы, особенно уши, конечности и хвост, у кого он есть. Отвечает за терморегуляцию гипоталамус. Мозг питают каротидные артерии и вертебральные, температура крови в которых выше, чем в каротидных. Изменяя просветы этих двух видов артерий, организм может переключать температуру мозга при смене фаз сна. Многочисленные эксперименты свидетельствуют, что изменения температуры мозга не случайны. У крыс она всегда возрастает в ответ на внешние раздражители: боль, социальный контакт с другой особью, сексуальное возбуждение. Причем температура каждого отдела мозга в ответ на разные стимулы повышается до одного определенного значения, как будто стремится именно к нему. Например, для прилежащего ядра мозга крыс эта температура составляет 38,5°С. А в фазе медленного сна происходит охлаждение на величину от нескольких десятых долей градуса до нескольких градусов в разных отделах мозга у разных животных. Очевидно, температура мозга меняется не пассивно, а регулирует активность нервной ткани. Не зря о человеке, трезво мыслящем, говорят, что у него холодная голова.
Если перекристаллизация мембран происходит в фазе медленного сна, очевидно, что синапс в это время работать не может: передача сигнала происходит, когда ионы кальция индуцируют отвердение жидкой мембраны, а если она и так уже находится в твердом состоянии, нейрон не среагирует на полученный сигнал и не сможет передать его дальше. Но, как отмечает исследователь, не все функции мозга нуждаются в предельно высокой скорости передачи сигнала, поэтому не все синапсы должны работать по фазово-переходному механизму и отключаться на профилактическую перекристаллизацию.
Для эффективной перекристаллизации мембраны очень важно чередование медленного и быстрого сна, сопряженного с чередованием пониженной и повышенной температуры. В прохладном медленном сне запускается «перекристаллизация» и удаляется часть материала, оставшегося в жидком состоянии и содержащего примеси. Потерянный материал необходимо восполнить, и сделать это можно в фазе быстрого сна, когда мембрана снова становится жидкой и способной «впитать» недостающие компоненты. Однако исследователь не исключает, что медленный сон для восстановления обязателен, а более теплый быстрый играет вспомогательную роль, в которой его может заменить бодрствование. Этот вопрос требует отдельного рассмотрения.
Как эта гипотеза объясняет засыпание? Температура тела (и мозга) подчиняется циркадному ритму, и, когда она понижается, хочется спать. Охлаждение мозга не просто связано с засыпанием, а стимулирует его. Вероятно, на этом основан известный многим бытовой способ борьбы с бессонницей: надо хорошенько замерзнуть. Народный метод подтверждают научные данные. На 23-й ежегодной конференции сомнологических обществ в 2009 году американский психиатр Эрик Нофзингер рассказал о том, что охлаждение черепа в области фронтальной коры с помощью специальной шапочки заметно ускоряет засыпание и улучшает качество сна.
Однако многие люди крепко засыпают после теплой ванны, и медикам этот эффект хорошо известен. Возможно, дело в том, что нагревание приводит к расширению сосудов рук и ног, представляющих собой эффективные теплообменники. Когда человек выходит из ванны, расширенные сосуды его конечностей усиленно отдают тепло и охлаждают тело.
Есть и другое объяснение. У кенгуровых крыс локальное нагревание области гипотоламуса увеличивает продолжительность медленной фазы сна. Возможно, дело в том, что перегретый гипоталамус включает дополнительную систему охлаждения мозга. Если этот механизм справедлив и для человека и кровь, проходящая через вертебральные артерии из нагретого тела в мозг, преимущественно поступает в область гипоталамуса, с ним происходит то же, что и сумчатой крысой: гипоталамус включает систему охлаждения, что вызывает сон, точнее, его медленноволновую фазу.
Дмитрий Петрович Харакоз полагал, что любая гипотеза, объясняющая назначение сна, должна отвечать на вопрос, почему эта функция несовместима с состоянием бодрствования. Почему мозг не выделил особый участок для постоянного контроля за висцеральной системой и только отрешившись от мира может анализировать работу кишечника, почему глимфатическая система не в состоянии интенсивно орошать мозг круглые сутки? Не исключено, что у мозга столько функций, что он одновременно их не вмещает и вынужден разделять на дневные и ночные. Или у сна не одна причина, а несколько. Со временем мы все узнаем. Может быть, ответ придет кому-то во сне.
Редакция благодарит доктора биологических наук
И. Н. Пигарёва за помощь в подготовке материала
