Зачем нам сон? (Длиннопост)
Ученые выяснили, чем наш организм занимается по ночам
Российские биологи выдвинули революционную идею: сон нам нужен, чтобы проверять и координировать работу внутренних органов — желудка, кишечника, печени. Таким образом, они предложили ответ на один из самых спорных вопросов науки. Гипотеза, предложенная Иваном Пигаревым и его коллегами, переворачивает многие представления как о сне, так и вообще о работе нашего организма.
— Вы хотите сначала посмотреть или побеседовать? — деликатно интересуется Иван Пигарев, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН.
Окидываю взглядом лабораторию. Посмотреть здесь есть на что: микроскоп, тиски, странный станок из оргстекла и металла, пробирки, четырехэтажная клетка, ампулы, провода — очень много проводов, электросверло…
Венчают всю композицию четыре стула, непонятно как зависшие на стене в нескольких метрах от пола. На стульях лежат чемоданы и коробки. Как мне потом объяснил хозяин лаборатории, таким образом он решил сэкономить полезную площадь. Крепление устроено так, что в случае необходимости стулья снимаются со стены и используются по прямому назначению.
Но я в итоге все-таки выбираю «побеседовать».
— Тогда пойдемте ко мне в кабинет, — указывает Пигарев на стремянку, привинченную к стене.
Оказывается, «кабинет» — это тоже собственноручное произведение нейрофизиолога. В старом советском институте потолки высокие, и он сделал из досок второй этаж, нечто вроде антресоли. Там мы и ведем беседу о тайнах сна.
Сонная загадка природы
Никак не могу привыкнуть к тому, что каждую ночь сталкиваюсь с одной из величайших тайн науки, стоящей в одном ряду с происхождением жизни и бозоном Хиггса. Эта тайна — наш сон.
Несмотря на тысячи экспериментов, однозначный ответ на вопрос «Зачем мы спим?» так и не получен. Но ведь природа не дура, и сон она нам дала с какой-то целью.
Долгое время ученые считали: мозг устает точно так же, как и мышцы, и чтобы он отдохнул, нужно спать. А потом в нейрофизиологии случилась революция — появилась электроэнцефалография, позволяющая очень детально анализировать работу мозга. Знакомая многим процедура: электроды цепляются на голову, и по бумаге начинают ползти хитрые зигзаги, отображающие электрическую активность нашего мозга.
Выяснилось, что во время сна голова вполне себе работает и нейроны буйствуют ненамного слабее, чем во время бодрствования. Чем же занят мозг, когда тело «выключено»?
Сейчас самая популярная гипотеза утверждает, что сон нужен для того, чтобы обрабатывать накопленную за день информацию. Мозг говорит телу: ты пока отдохни, а я займусь своими делами. Во время сна знания как бы раскладываются по полочкам, между ними выстраиваются связи, они надежно укладываются в долговременную память. Установленный факт: когда студенты выспались, они лучше отвечают на экзамене.
Тут же вспоминаются и периодическая таблица, якобы привидевшаяся Менделееву во сне, и поговорка «Утро вечера мудренее». Еще считается, что во время сна удается решить эмоциональные проблемы, накопившиеся за день. А если добавить сюда еще и дедушку Фрейда, то вроде бы выстраивается логичная картина. Получается, что главная задача сна — дать мозгу отключиться от тела и разобраться со своими собственными проблемами.
— Конечно, на безрыбье и рак рыба. Когда нет других убедительных гипотез, то и эта подходит, тем более что некоторые эксперименты ее вроде бы подтверждают. Но лично мне это кажется смешным, — говорит Иван Пигарев. — Подумайте, неужели ради того, чтобы улучшить качество воспоминаний на несколько процентов, нужно так радикально перестраивать работу всего организма?!
Действительно, крыса спит столько же, сколько и человек. Даже больше. Спрашивается, какую такую информацию обрабатывает во сне ее мозг? Что, у крысы, свиньи или утконоса такая насыщенная интеллектуальная жизнь? Или несчастных зверюшек мучает конфликт сознания и подсознания? Как-то неубедительно.
Непонятная смерть
Крыса. Белая, лабораторная. Она сидит на диске, установленном над емкостью с водой. К голове крысы прикреплены электроды. Как только компьютер получает сигнал, что грызун собирается уснуть, диск автоматически начинает вращаться. Нужно проснуться и начать семенить лапками, иначе окажешься в воде, а крысе не нравится быть мокрой. Это классический эксперимент американских ученых, проверяющий, как ведет себя организм, лишенный сна.
Если вы борец за права животных, то дальше лучше не читать. Потому что крыса через несколько дней умирает. Сон нужен организму, как воздух или еда. Но если смерть от голода или удушья нам относительно понятна, то что же убивает животное, лишенное сна?
— Умерших крыс вскрывали. В первую очередь искали проблемы в мозге. Ничего. Посмотрели в микроскоп — тоже ничего. Только на уровне биохимии обнаружились какие-то перемены, — рассказывает Пигарев. — Зато изменения в остальной части организма были видны безо всякого микроскопа. У животных вылезала шерсть, появлялись язвы на лапах. А внутри — язвы желудка, полный дисбаланс иммунной системы. Такое бывает при СПИДе.
Не нужно быть доктором биологических наук, чтобы знать и другой общеизвестный факт: рост организма происходит в основном во сне. А еще во время болезни появляется повышенная сонливость. И часто мы просыпаемся куда более здоровыми, чем засыпали.
Супруга Ивана — Марина Пигарева, работающая в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, лишала лабораторных крыс сна, а потом отслеживала развитие их потомства. Оказалось, что если не давать животным полноценно спать непосредственно перед зачатием и на первой неделе беременности, то смертность среди крысят заметно увеличивается.
— Вероятно, они гибнут из-за нарушения дыхательной функции, — поясняет Пигарев. — Возникают ассоциации с синдромом внезапной детской смерти. К сожалению, пока никто не анализировал связь этого страшного синдрома с качеством сна матери…
Из той же серии статистические данные о том, что за последнюю четверть века количество и качество сна у жителей планеты постоянно снижалось и параллельно росла распространенность заболеваний, в первую очередь связанных с работой желудочно-кишечного тракта и сердечно-сосудистой системы. Корреляция, конечно, не является доказательством причинно-следственной связи, но все равно заставляет задуматься.
Главный вывод из всего этого: сон нужен не столько мозгу, сколько всему остальному организму.
Кому сигналит кишечник
Каждый из нас обладает сложным внутренним миром. В данном случае мы имеем в виду не душу и сознание, а то, что биологи уважительно именуют висцеральными органами, а граждане грубо называют потрохами: желудок, кишечник, поджелудочную железу, печень, почки, сердце и так далее — от паха до шеи.
Этот мир таинственен и молчалив. Наши внутренние органы выходят на связь лишь в критических случаях. Тогда мозг получает сигнал «больно», да и то не всегда. Но было бы несправедливо считать наши внутренности совсем уж неконтактными. Они щедро нашпигованы нервными клетками.
— Во всех внутренних органах есть куча рецепторов, которые собирают информацию о температуре, кислотности, химических процессах. Поток, который идет от желудка с кишечником, вообще огромный. Количество рецепторов только в желудочно-кишечном тракте соизмеримо с числом палочек и колбочек в сетчатке глаз! — восклицает Пигарев. — Я много занимался зрением и знаю, что для обработки сигналов, идущих от глаза, используется чуть не две трети коры мозга. А вот желудок в коре практически не имеет своего представительства. Куда-то идет огромный поток сигналов. А куда — неясно.
Пигарев уверен, что нашим внутренним миром кто-то управляет:
— Возьмите хотя бы один том научного журнала по гастроэнтерологии, и вы увидите, насколько сложные процессы идут в желудочно-кишечном тракте. Пойдите на современную химическую фабрику, и вы увидите, сколько там сенсоров, датчиков, компьютеров. А к ним вдобавок еще и люди — менеджеры, которые управляют процессом.
Тут-то и наступает момент открытия. Есть один известный факт: во время сна мозг активно работает. Второй факт: во внутренних органах сосредоточено очень много нервных окончаний. Есть, наконец, третий — внутренние органы практически не имеют своего представительства в коре головного мозга. Остается только сложить все это воедино. И Иван Пигарев это сделал:
— Такой гипотезы раньше не было. Просто никому в голову такое не приходило…
Его главный тезис звучит так: во время сна кора головного мозга переключается на анализ сообщений, идущих от внутренних органов. По сути, это полная революция в физиологии сна и вообще в понимании того, как работает организм.
«Сон существует для того, чтобы дать возможность мозгу на основании информации, поступающей от распределенных по организму рецепторов, всесторонне оценить физическое состояние тела и разработать программы действий для поддержания его параметров в пределах заданных норм. Это, по нашему мнению, и является основной, а может быть, и единственной, функцией сна. Именно ритмика внутренних органов (сердечные сокращения, дыхательные движения, перистальтика желудочно-кишечного тракта и т.п.) может определять хорошо известную медленно-волновую электрическую активность коры мозга во время сна» — так представил Пигарев свою идею коллегам-физиологам.
— Вот смотрите, у млекопитающих во время бодрствования ошибки и сбои во внутренних органах накапливаются, возникает ощущение усталости, сонливости, и зверюшка ищет укромное место, чтобы вздремнуть, — объясняет ученый. — Анализировать, что происходит в желудке, кишечнике, печени и так далее, — это дико сложная работа. Просто она не осознается нами. Вот вы что-то съели. Нужно определить, что это, подобрать состав желудочного сока. И что самое главное, распределить питательные вещества по органам. Еще сложнее с иммунитетом. Без обработки больших массивов информации он не может работать. Мозг и внутренние органы общаются
Российские биологи выдвинули революционную идею: сон нам нужен, чтобы проверять и координировать работу внутренних органов — желудка, кишечника, печени. Таким образом, они предложили ответ на один из самых спорных вопросов науки. Гипотеза, предложенная Иваном Пигаревым и его коллегами, переворачивает многие представления как о сне, так и вообще о работе нашего организма.
— Вы хотите сначала посмотреть или побеседовать? — деликатно интересуется Иван Пигарев, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН.
Окидываю взглядом лабораторию. Посмотреть здесь есть на что: микроскоп, тиски, странный станок из оргстекла и металла, пробирки, четырехэтажная клетка, ампулы, провода — очень много проводов, электросверло…
Венчают всю композицию четыре стула, непонятно как зависшие на стене в нескольких метрах от пола. На стульях лежат чемоданы и коробки. Как мне потом объяснил хозяин лаборатории, таким образом он решил сэкономить полезную площадь. Крепление устроено так, что в случае необходимости стулья снимаются со стены и используются по прямому назначению.
Но я в итоге все-таки выбираю «побеседовать».
— Тогда пойдемте ко мне в кабинет, — указывает Пигарев на стремянку, привинченную к стене.
Оказывается, «кабинет» — это тоже собственноручное произведение нейрофизиолога. В старом советском институте потолки высокие, и он сделал из досок второй этаж, нечто вроде антресоли. Там мы и ведем беседу о тайнах сна.
Сонная загадка природы
Никак не могу привыкнуть к тому, что каждую ночь сталкиваюсь с одной из величайших тайн науки, стоящей в одном ряду с происхождением жизни и бозоном Хиггса. Эта тайна — наш сон.
Несмотря на тысячи экспериментов, однозначный ответ на вопрос «Зачем мы спим?» так и не получен. Но ведь природа не дура, и сон она нам дала с какой-то целью.
Долгое время ученые считали: мозг устает точно так же, как и мышцы, и чтобы он отдохнул, нужно спать. А потом в нейрофизиологии случилась революция — появилась электроэнцефалография, позволяющая очень детально анализировать работу мозга. Знакомая многим процедура: электроды цепляются на голову, и по бумаге начинают ползти хитрые зигзаги, отображающие электрическую активность нашего мозга.
Выяснилось, что во время сна голова вполне себе работает и нейроны буйствуют ненамного слабее, чем во время бодрствования. Чем же занят мозг, когда тело «выключено»?
Сейчас самая популярная гипотеза утверждает, что сон нужен для того, чтобы обрабатывать накопленную за день информацию. Мозг говорит телу: ты пока отдохни, а я займусь своими делами. Во время сна знания как бы раскладываются по полочкам, между ними выстраиваются связи, они надежно укладываются в долговременную память. Установленный факт: когда студенты выспались, они лучше отвечают на экзамене.
Тут же вспоминаются и периодическая таблица, якобы привидевшаяся Менделееву во сне, и поговорка «Утро вечера мудренее». Еще считается, что во время сна удается решить эмоциональные проблемы, накопившиеся за день. А если добавить сюда еще и дедушку Фрейда, то вроде бы выстраивается логичная картина. Получается, что главная задача сна — дать мозгу отключиться от тела и разобраться со своими собственными проблемами.
— Конечно, на безрыбье и рак рыба. Когда нет других убедительных гипотез, то и эта подходит, тем более что некоторые эксперименты ее вроде бы подтверждают. Но лично мне это кажется смешным, — говорит Иван Пигарев. — Подумайте, неужели ради того, чтобы улучшить качество воспоминаний на несколько процентов, нужно так радикально перестраивать работу всего организма?!
Действительно, крыса спит столько же, сколько и человек. Даже больше. Спрашивается, какую такую информацию обрабатывает во сне ее мозг? Что, у крысы, свиньи или утконоса такая насыщенная интеллектуальная жизнь? Или несчастных зверюшек мучает конфликт сознания и подсознания? Как-то неубедительно.
Непонятная смерть
Крыса. Белая, лабораторная. Она сидит на диске, установленном над емкостью с водой. К голове крысы прикреплены электроды. Как только компьютер получает сигнал, что грызун собирается уснуть, диск автоматически начинает вращаться. Нужно проснуться и начать семенить лапками, иначе окажешься в воде, а крысе не нравится быть мокрой. Это классический эксперимент американских ученых, проверяющий, как ведет себя организм, лишенный сна.
Если вы борец за права животных, то дальше лучше не читать. Потому что крыса через несколько дней умирает. Сон нужен организму, как воздух или еда. Но если смерть от голода или удушья нам относительно понятна, то что же убивает животное, лишенное сна?
— Умерших крыс вскрывали. В первую очередь искали проблемы в мозге. Ничего. Посмотрели в микроскоп — тоже ничего. Только на уровне биохимии обнаружились какие-то перемены, — рассказывает Пигарев. — Зато изменения в остальной части организма были видны безо всякого микроскопа. У животных вылезала шерсть, появлялись язвы на лапах. А внутри — язвы желудка, полный дисбаланс иммунной системы. Такое бывает при СПИДе.
Не нужно быть доктором биологических наук, чтобы знать и другой общеизвестный факт: рост организма происходит в основном во сне. А еще во время болезни появляется повышенная сонливость. И часто мы просыпаемся куда более здоровыми, чем засыпали.
Супруга Ивана — Марина Пигарева, работающая в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, лишала лабораторных крыс сна, а потом отслеживала развитие их потомства. Оказалось, что если не давать животным полноценно спать непосредственно перед зачатием и на первой неделе беременности, то смертность среди крысят заметно увеличивается.
— Вероятно, они гибнут из-за нарушения дыхательной функции, — поясняет Пигарев. — Возникают ассоциации с синдромом внезапной детской смерти. К сожалению, пока никто не анализировал связь этого страшного синдрома с качеством сна матери…
Из той же серии статистические данные о том, что за последнюю четверть века количество и качество сна у жителей планеты постоянно снижалось и параллельно росла распространенность заболеваний, в первую очередь связанных с работой желудочно-кишечного тракта и сердечно-сосудистой системы. Корреляция, конечно, не является доказательством причинно-следственной связи, но все равно заставляет задуматься.
Главный вывод из всего этого: сон нужен не столько мозгу, сколько всему остальному организму.
Кому сигналит кишечник
Каждый из нас обладает сложным внутренним миром. В данном случае мы имеем в виду не душу и сознание, а то, что биологи уважительно именуют висцеральными органами, а граждане грубо называют потрохами: желудок, кишечник, поджелудочную железу, печень, почки, сердце и так далее — от паха до шеи.
Этот мир таинственен и молчалив. Наши внутренние органы выходят на связь лишь в критических случаях. Тогда мозг получает сигнал «больно», да и то не всегда. Но было бы несправедливо считать наши внутренности совсем уж неконтактными. Они щедро нашпигованы нервными клетками.
— Во всех внутренних органах есть куча рецепторов, которые собирают информацию о температуре, кислотности, химических процессах. Поток, который идет от желудка с кишечником, вообще огромный. Количество рецепторов только в желудочно-кишечном тракте соизмеримо с числом палочек и колбочек в сетчатке глаз! — восклицает Пигарев. — Я много занимался зрением и знаю, что для обработки сигналов, идущих от глаза, используется чуть не две трети коры мозга. А вот желудок в коре практически не имеет своего представительства. Куда-то идет огромный поток сигналов. А куда — неясно.
Пигарев уверен, что нашим внутренним миром кто-то управляет:
— Возьмите хотя бы один том научного журнала по гастроэнтерологии, и вы увидите, насколько сложные процессы идут в желудочно-кишечном тракте. Пойдите на современную химическую фабрику, и вы увидите, сколько там сенсоров, датчиков, компьютеров. А к ним вдобавок еще и люди — менеджеры, которые управляют процессом.
Тут-то и наступает момент открытия. Есть один известный факт: во время сна мозг активно работает. Второй факт: во внутренних органах сосредоточено очень много нервных окончаний. Есть, наконец, третий — внутренние органы практически не имеют своего представительства в коре головного мозга. Остается только сложить все это воедино. И Иван Пигарев это сделал:
— Такой гипотезы раньше не было. Просто никому в голову такое не приходило…
Его главный тезис звучит так: во время сна кора головного мозга переключается на анализ сообщений, идущих от внутренних органов. По сути, это полная революция в физиологии сна и вообще в понимании того, как работает организм.
«Сон существует для того, чтобы дать возможность мозгу на основании информации, поступающей от распределенных по организму рецепторов, всесторонне оценить физическое состояние тела и разработать программы действий для поддержания его параметров в пределах заданных норм. Это, по нашему мнению, и является основной, а может быть, и единственной, функцией сна. Именно ритмика внутренних органов (сердечные сокращения, дыхательные движения, перистальтика желудочно-кишечного тракта и т.п.) может определять хорошо известную медленно-волновую электрическую активность коры мозга во время сна» — так представил Пигарев свою идею коллегам-физиологам.
— Вот смотрите, у млекопитающих во время бодрствования ошибки и сбои во внутренних органах накапливаются, возникает ощущение усталости, сонливости, и зверюшка ищет укромное место, чтобы вздремнуть, — объясняет ученый. — Анализировать, что происходит в желудке, кишечнике, печени и так далее, — это дико сложная работа. Просто она не осознается нами. Вот вы что-то съели. Нужно определить, что это, подобрать состав желудочного сока. И что самое главное, распределить питательные вещества по органам. Еще сложнее с иммунитетом. Без обработки больших массивов информации он не может работать. Мозг и внутренние органы общаются