Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается - Шпорк Петер (читать бесплатно полные книги TXT) 📗
Правдивость этих историй часто подвергалась сомнению. И все же каждый по собственному опыту знает, что по утрам мы порой действительно умнее, чем накануне вечером. Загадки, с которыми мы легли спать, иногда решаются утром как будто сами собой.
Первое доказательство того, что сон — путь к озарению, получили в 2004 г. Ян Борн и его сотрудник Ульрих Вагнер. Исследователи предложили участникам эксперимента решить трудные и длинные арифметические задачи, имевшие на самом деле простой, всегда одинаковый принцип решения. Затем одна группа испытуемых получила возможность восемь часов проспать, а другая должна была бодрствовать. После этого упражнения в арифметике были продолжены. Ученых интересовало, как быстро подопытные заметят, что есть более простое решение задачи. Те, кому дали возможность поспать, оказались сообразительнее: 60% из них заметили подвох. В группе неспавших таких оказалось втрое меньше.
Порядок проведения эксперимента был рассчитан так, чтобы ни время суток, ни общая усталость не могли оказать влияния на результаты. Поэтому единственной возможной причиной, объясняющей столь решительное превосходство одной группы над другой, оставалась деятельность мозга во сне. И, конечно, у Борна нашлось для этого объяснение: «Сон не только закрепляет в памяти новые впечатления, он их качественно изменяет. И это позволяет человеку утром по-другому взглянуть на вчерашнюю проблему». Нередко результатом становится совершенно новый подход к решению.
Популярный психолог Михай Чиксентмихайи, наверное, обрадовался такому подтверждению своей правоты. Ведь он писал еще в 1997 г. в книге «Креативность»: «Не нужно чувствовать себя виноватым, если вы спите на пару часов больше, чем принято считать нормальным. Количественные потери во времени бодрствования с лихвой возмещаются качеством сознательной жизни». Его тезис подкрепляют два прославленных примера: Иоганн Вольфганг фон Гете и Альберт Эйнштейн спали не менее 9 ч в сутки. Поэт назвал сон «верным другом, который всем помогает». Физик любил ненадолго вздремнуть днем, ограничивая время таких сиест тем, что держал в руке связку ключей, которая с грохотом падала на пол, если он засыпал слишком глубоко.
Может быть, хотя бы малой частью своей гениальности они обязаны сну?
Каждому участку мозга — свою глубину сна
Сон в основном ускользает от человеческого сознания — это заложено в самой его природе. Поэтому прогресс сомнологии зависит от остроумных экспериментов и удачно поставленных вопросов. Например: если сон действительно так важен для работы мозга, как это нередко утверждают, не следует ли ожидать, что во сне особенно активно будут функционировать именно те участки мозга, которым пришлось больше всех потрудиться за минувший день?
Так родилась теория локального сна. Согласно этой теории, сон — не единый процесс, равномерно происходящий во всем теле, а своего рода физиологическое предложение организма своим отдельным частям взять столько сна, сколько каждой из них нужно. Поэтому глубина сна в каждый момент не обязательно повсюду одинакова. Вполне можно себе представить, что одна часть мозга спит глубже, чем другие. Например, после многочасовой игры в теннис сенсомоторный центр, координирующий удар, заслужил наиболее полный отдых.
Верность этой теории по крайней мере относительно мозга сейчас окончательно подтверждена. Хорошим примером может служить однополушарный сон морских млекопитающих и птиц. Русский специалист по физиологии животных Лев Мухаметов всякий раз будил дельфинов в то время, когда у них засыпала одна и та же половина мозга. В результате это полушарие отсыпалось потом значительно дольше, чем другое.
Исследователям удалось обнаружить локальные различия в сне и у людей: передняя половина большого мозга спит обычно несколько глубже, чем задняя, вероятно, потому, что дневная активность предъявляет к первой больше требований. «Передние лобные доли мозга важны для познавательной деятельности», поясняет цюрихский сомнолог Ханс-Петер Ландольт. «Эти участки мозга особенно активно работают днем, и здесь выделяется больше таких веществ, как аденозин, повышающих потребность в сне». Разница между левшами и правшами также нередко отражается на ЭЭГ сна: у правшей левое полушарие спит глубже, поскольку там обрабатывается информация правой руки, и наоборот.
Швейцарский сомнолог Александр Борбели и его коллеги решили в 1994 г. проверить эту идею. Они продолжительное время стимулировали вибрирующим физиотерапевтическим аппаратом кисть одной руки у восьми студентов-правшей. В первые часы следовавшего за этим сна действительно регистрировалось больше дельта-волн в тех участках мозга, которые обрабатывали информацию от стимулируемой руки. Правда, эффект проявлялся слабо и был статистически достоверен лишь при раздражении правой руки — и все же это было первое ясное указание на то, что и человеку свойственен локальный сон.
Ирен Тоблер подтвердила эти данные сначала в ходе экспериментов с крысами. Затем в 2004 г. она исследовала локальный сон в мозге мышей. Грызунам шесть часов подряд не давали спать и стимулировали усики только с одной стороны морды. После этого мыши отсыпались, и ученые наблюдали желаемый эффект: «ЭЭГ показывала заметно большую активность длинных волн в задействованном полушарии, чем в незадействованном, — говорит Тоблер. — Причем отдых продолжался целых 10 часов».
Очевидно, нервные клетки этой области мозга затратили больше энергии. Ведь параллельный эксперимент показал, что они после опыта «дозаправились» значительно большим количеством «горючего» в виде глюкозы, чем другие нейроны. Но если локально повышенную потребность в длинноволновой мозговой активности животные могли удовлетворить только во сне, разница в потреблении глюкозы между отдельными участками мозга выравнивалась и в том случае, если ученые не давали грызунам спать. Поэтому маловероятно, что глубокий сон служит только для восполнения запасов энергии, как предполагала одна из ранних теорий.
Кульминацией этого ряда экспериментов стали результаты, опубликованные в том же 2004 г. исследовательским коллективом под руководством Джулио Тонони и Рето Хьюбера из Мэдисона. Их испытуемые обучались перед экраном компьютера с помощью мыши переводить курсор из одного заданного пункта в другой. При этом положение курсора — о чем участники эксперимента не подозревали — систематически сбивалось. Центры, управляющие движением руки, были вынуждены бессознательно учится учитывать этот сбой, как всякий человек бессознательно учитывает, что при подъеме по эскалатору нужно двигаться иначе, чем на обычной лестнице. Осознание приходит лишь в том случае, если движущееся полотно внезапно останавливается.
«Мы выбрали именно этот тест, потому что он позволяет проследить механизмы бессознательного обучения, а также потому, что из прошлого опыта нам известен четко очерченный участок мозга, который при этом активируется».
После тренировки подопытные должны были спать в колпаке, начиненном 256 электродами. Это позволило снять исключительно точную энцефалограмму, на которой просматривалась также разница между отдельными небольшими ареалами. Таким образом ученым удалось установить связь между успехом в обучении и локальной активностью мозга. Во-первых, на том участке мозга, который особенно сильно задействован при отработке предложенных тестов, действительно наблюдались во время глубокого сна особенно интенсивные дельта-волны. «Гомеостатическая потребность во сне явно была здесь особенно сильной», — говорит Хьюбер. Кроме того, во время второй серии упражнений участники показывали лучшие результаты, чем в первый раз, лишь в том случае, если им в промежутке удавалось поспать.
Но самый удивительный вывод был получен из сравнения отдельных испытуемых: «Мы обнаружили четкую корреляцию между уменьшением числа ошибок в тесте и локальным усилением длинноволновой активности во время глубокого сна», — рассказывает Хьюбер. Те участники, которые — по каким бы то ни было причинам — показали на следующий день наилучшие успехи в обучении, глубже всех спали ответственным за данное умение участком мозга. Несколько утрируя, можно сформулировать выводы эксперимента следующим образом: каждая отдельная нервная клетка сама регулирует глубину своего сна, причем эта глубина, по всей вероятности, прямо зависит от того, как сильно данная клетка задействована в консолидации памяти во время сна.
