Природа сна и теория критической нагрузки. Почему человек должен спать?
Шутка про то, что человек, который не высыпается, будет всегда уточнять «куда?» – ближе к реальности, чем может показаться на первый взгляд. По аналогии с песком, используя теории из мира физики и инструменты нейроанатомии, статья объяснит истинное назначение сна.
Про важность сна писал не раз в предыдущих материалах. Суть даже не в количестве часов, а в регулярности и поддержке внутренних фаз. Одно только это будет лучше сказываться на продуктивности, чем какие-либо ноотропные препараты. А вот какие еще есть инструменты для сна и продуктивности – рассказывают другие статьи канала Neural Hacking.
Причины, почему человек должен спать?
Исследователи объединили физику и биологию в исследовании, объясняющему, почему мы спим. Рассматривая мозг как биологический компьютер, ресурсы которого истощаются во время бодрствования, ученые продемонстрировали, как сон перезагружает «операционную систему» мозга, возвращая ее в оптимальное состояние для оптимизации мышления и обработки информации.
Проблема с источниками и отсутствие единства
В вопросе почему человек должен спать – нет единого мнения и понимания. Нет конкретных объяснений, что происходит с организмом, когда мы удовлетворяем эту фундаментальную потребность. Если загуглить «почему мы спим», то каждый источник будет предлагать свои варианты. Базовые объяснения звучат на уровне: сон выводит токсины из мозга, помогает организму восстанавливаться и наполняться энергией, имеет решающее значение для формирования долговременных воспоминаний, помогает поднять окситоцин и дофамин. Но ученые из Вашингтонского университета в Сент-Луисе предоставили первые прямые доказательства, которые могут ответить на этот вопрос.
Мозг подобен биологическому компьютеру. Память и опыт, которые накапливаются в состоянии бодрствования, постепенно меняют код, медленно уводя большую систему от идеального состояния. Основная цель сна — восстановить оптимальное вычислительное состояние.
Кит Хенген, автор исследования.
Сравнение мозга со сложным компьютером не преувеличение. Оба используют электрические сигналы для передачи информации, долговременная память подобна жесткому диску для хранения и извлечения информации, а наши нейроны подобны транзисторам.
Углубляясь в кибернетику и нейроанатомию
Использование компьютера означает как решение основных задач, так и то, что в фоновом режиме протекает множество процессов, которые используют ресурсы системы. Постоянная сменяемость процессов со временем приводит к замедлению системы. Применяя «гипотезу критичности», исследователи предположили, что мозг действует аналогичным образом. Подобные паттерны и изучает киберпсихология.
В области физики термин критичность описывает состояние системы, существующей на грани между порядком и хаосом. Физики впервые разработали концепцию критичности в конце 1980-х годов, используя простой набор правил, позволяющих упорядочивать тысячи песчинок на шахматной сетке. Часть песка в конечном итоге достигает конкретной точки, при условии наличия больших и малых лавин, которые возникают в случайном порядке.
Вся система постоянно самоорганизуется в чрезвычайно сложное и масштабное образование.
Ральф Вессель, один из соавторов исследования.
Киберпсихология, теория критичности и почему человек должен спать?
Применяя гипотезу критичности к мозгу, исследователи сравнивают каждый нейрон с отдельными песчинками, следуя простым правилам. Лавины нейронной активности похожи на песчаные лавины, созданные физиками. При этом наличие каскадов – это самый яркий маркер того, что система достигла наиболее сложного состояния. Когда нейроны достигают баланса между упорядоченностью и хаосом, то именно в это время мозг работает максимально эффективно.
Киберпсихология и мозг
Про схожесть мозга и компьютера, про потенциал слияния мозга и компьютера – писал Тимоти Лири, после того как был вынужден завязать с экспериментами с ЛСД. Именно Лири назвал эпоху развития компьютеров «ЛСД 21 века» и указывал на потенциал объединения мозга и виртуальных пространств. Что вылилось в его работу по киберпсихологии.
Отдельно вопрос схожести мозга и компьютера рассматривается в постулатах теории критичности — это то, что Хенген и Вессель исследовали в 2019 году. Их работа продемонстрировала, что мозг активно работает над поддержанием критичности.
В новом исследовании авторы и их коллеги попытались понять функцию сна с точки зрения критичности. Они измерили электрофизиологические реакции отдельных нейронов зрительной коры мозга молодых крыс, когда те свободно проходили через обычные циклы сна/бодрствования. Тем самым ученым удалось связать паттерны поведения с алгоритмами, реализовав на практике то, что включает в себя киберпсихология.
Первые результаты, объясняющие почему человек должен спать
Вы можете следить за этими небольшими каскадами активности в нейронной сети. В критическом состоянии могут возникнуть лавины любого размера и продолжительности. До наступления момента критичности, система начинает склоняться только к небольшим лавинам или только к большим лавинам. Предкритическое состояние мозга аналогично написанию книги, когда вы можете использовать только короткие или длинные слова.
Кит Хенген, автор исследования.
Исследователи наблюдали лавины разного характера в мозге крыс, которые только что проснулись. В периоды бодрствования интенсивность каскадов смещались в сторону меньших и меньших размеров. Исследователи обнаружили, что могут предсказать, когда крысы собираются заснуть или проснуться, отслеживая распределение нейронных лавин. Сон был близок, когда масштабы каскадов сократились до определенной точки.
Результаты показывают, что каждый момент бодрствования отталкивает соответствующие нейронные связи мозга от состояния критичности, а сон помогает мозгу перезагрузиться.
Кит Хенген, автор исследования.
Выводы исследования, объясняющие, почему человек должен спать
В целом, данные подтверждают модель, согласно которой функции сна направлены на восстановление критичности, которая постепенно снижается во время бодрствования. Критичность – это возможность мозга непредсказуемо и системно запускать каскады далеко распространяющихся лавин нейронной активности.
По сути, этим можно объяснить состояние «залипания», когда истощенный человек не может мыслить масштабно, а слепо избегает импульсов «здесь и сейчас», не думая в долгосрок.
Как итог, мы должны спать для того, чтобы мозг приобрел масштабность работы. И буквально «расширение сознания» держится на основе того, чем масштабнее и последовательнее теории, которые мы можем строить.
Больше материалов о мозге, психике и сознании вы найдете в телеграм канале Neural Hacking.
Ответ на пост «Выжить в лесу- да как два пальца...»
Как-то наткнулся на реконструкторов видео, тут он пол года прожил в условиях приближеных к древней Руси. Весьма занимательно.
Правда ли, что после обезглавливания мозг человека живёт ещё 30 секунд?
Распространено убеждение, что после отсечения голова человека недолго продолжает функционировать — может понимать происходящее вокруг, реагировать на имя и даже что-то чувствовать. Мы решили выяснить, подтверждается ли это научными данными.
Спойлер для ЛЛ: неправда
Интернет-пользователи спрашивают, сколько живёт мозг после отрубания головы, на форумах вопросов и ответов, а авторы заметок в СМИ — у экспертов. Время жизни мозга при этом в разных публикациях сообщается разное: одни пишут, что боль и другие ощущения продлятся две-три секунды, другие называют куда бо́льшие интервалы — «если мозг не повреждён, голова живёт ещё 5–15 минут и мозг всё осознаёт». Встречаются даже утверждения, будто «все палачи отлично знают, что головы после отсечения живут ещё с полчаса: они так изгрызают дно корзины, в которую их бросают, что корзину эту приходится менять по меньшей мере раз в месяц». Приводят и такую деталь: голова сохраняет способность видеть, мыслить и чувствовать, и «именно поэтому в случае казни с отсечением головы корзину накрывают тёмной и плотной тканью, чтобы уменьшить страдания умерщвлённого». Далее спойлер к последним сериям "Атаки титанов": Очередная волна интереса к продолжительности жизни головы после её отрубания случилась в конце 2023 года на фоне выхода финального эпизода аниме «Атака титанов» (простите, сейчас будет спойлер) — фанатов интересовал вопрос, понял ли главный герой, кто отрезал ему голову, и почувствовал ли прощальный поцелуй любимой.
Впервые научную теорию о сохранении жизни в отрубленной человеческой голове выдвинул французский физиолог Габриель Борьё в 1905 году. Он провёл эксперимент во время казни некоего Анри Лангвиля: после того как преступника гильотинировали, врач несколько раз громко назвал его по имени. В первый и во второй раз, по словам Борьё, веки казнённого поднимались естественным образом, а глаза фокусировались на лице врача, но, когда он позвал Анри в третий раз, никакой реакции не последовало. «Я видел, как веки медленно поднимаются, без каких-либо спазматичных сокращений — я настаиваю на этой особенности, — но с равномерным движением, довольно чётким и нормальным, как это происходит в повседневной жизни, когда люди просыпаются или отвлекаются от своих мыслей», — писал учёный. На основе этих наблюдений Борьё сделал вывод, что отрубленная голова человека может сохранять сознание ещё 25–30 секунд после того, как её отсекли от тела.
Ещё до проведения этого эксперимента бытовали городские легенды о том, что казнённый может некоторое время осознавать происходящее с ним после декапитации. Например, сообщалось, что в 1536 году, после того, как Анна Болейн была обезглавлена по приговору Генриха VIII, её голова ещё какое-то время пыталась говорить. В 1793 году после гильотинирования Шарлотты Корде, убившей французского революционера Жана-Поля Марата, палач дважды дал ей пощёчину — очевидцы утверждали, что щёки девушки покраснели, а на лице отразилось негодование.
В 1795 году немецкий анатом Сэмюэль Томас Зёммеринг заявил, что гильотина — мучительная пытка и «ужасный вид смерти», потому что «чувства, личность и самость остаются живыми в отрубленной голове в течение нескольких минут после казни». Однако эта позиция выглядела научно необоснованной, ведь период сохранения в голове «жизненной силы» Зёммеринг подсчитывал, исходя из способности кожи оставаться тёплой на протяжении какого-то времени после казни. Современник Зёммеринга Жан-Жозеф Сю разделял его мнение относительно непродолжительного сохранения жизни в отрубленной голове, однако аргументировал его иначе. Обезглавив множество животных, французский врач наблюдал, что их конечности всё ещё способны двигаться, и на этом основании выдвинул концепцию радиальной боли — когда у человека болит нога, он осознаёт, что боль не в голове, но тем не менее именно голова аккумулирует эту боль и позволяет осознать, что с ногой что-то не в порядке. Отрезанная голова, заключил Сю, сохраняет «восприятие своей казни, а затем испытывает запоздалую мысль о своём страдании».
С критикой позиции Зёммеринга и Сю выступил их коллега Пьер Жан Жорж Кабанис. Он обращал внимание, что сильный удар в область задней части шеи (известный как «удар кролика») вызывает моментальную потерю сознания, поэтому никакой «радиальной боли» ни голова, ни тело ощущать не могут. Более того, массивное кровоизлияние из-за декапитации моментально лишает мозг крови, которая нужна ему для функционирования. Впрочем, Кабанис признавал, что в его распоряжении есть только «определённость аналогии и рассуждений, а не уверенность в опыте», поскольку такой эксперимент невозможен из-за необратимого характера обезглавливания.
И хотя в среднем мозг человека составляет всего 2% от массы тела, на долю этого органа приходится около 20% потребляемого организмом кислорода. Как только кровеносные сосуды на шее разрываются и происходит перерезание позвоночного столба, подача кислорода прекращается, а оставшегося в крови и тканях не хватает на сколько-нибудь продолжительное поддержание жизни в отсечённой голове, что приводит практически к мгновенной смерти мозга и, соответственно, сознания.
Выводы Кабаниса подтвердили и многочисленные эксперименты, проведённые в начале XIX века. Самый масштабный состоялся в 1803 году в Майнце во время казни семерых преступников. Сразу после декапитации каждого из них пара учёных забирала голову — один держал её двумя руками и наблюдал за лицом, стараясь заметить мельчайшие изменения в мимике, в то время как другой кричал: «Вы меня слышите?» Никакой реакции зафиксировано не было. Учёные пришли к выводу, что все посмертные движения — не более чем судороги умирающих мышц вроде эпилептических припадков.
Точный ответ на вопрос о том, сохраняется ли сознание сразу после отрубания головы, могли бы дать современные методы исследований — МРТ и электроэнцефалограмма. Однако в силу неэтичности проводить эксперимент, подразумевающий декапитацию людей внутри аппарата МРТ или с прикреплёнными датчиками ЭЭГ, вряд ли кто-то станет. Впрочем, в 2011 году нидерландские учёные, пытавшиеся выяснить, как долго ткани и органы пригодны к посмертному донорству, провели серию обезглавливания крыс с одновременным снятием электроэнцефалограммы, чтобы понять, как быстро погибает мозг животных. Угасание мозговой активности происходило за 4 секунды, обнаружили исследователи. Ещё через 50–80 секунд они заметили последовательную гибель нейронов мозга, которую назвали «волной смерти». Учёные пришли к выводу, что, во-первых, обезглавливание — это гуманный метод убийства животных, так как сознание перестаёт функционировать практически моментально, во-вторых, эта «волна смерти» наиболее вероятно представляет собой границу между окончанием биологической жизни и наступлением смерти. Экстраполировать интервал в 4 секунды с крысы на человека при этом не совсем корректно: например, у грызунов всего 21 млн нейронов мозга, в то время как у человека — около 86 млрд, то есть энергии на его работу требуется больше. Следовательно, скорее всего, у человека угасание мозговой активности наступит ещё быстрее.
Таким образом, с точки зрения современной науки мозг погибает почти мгновенно, в момент отделения головы от тела. Голова не имеет сознания и не может ничего чувствовать, поскольку для нормального функционирования мозга необходим кровоток, а при декапитации кровоснабжение этого органа прекращается, что и ведёт к его смерти.
Изображение на обложке: Der Vollstrecker — Flickr
Наш вердикт: неправда
В сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла)
Аудиоверсии проверок в виде подкастов c «Коммерсантъ FM» доступны в «Яндекс.Подкасты», Apple Podcasts, «ЛитРес», Soundstream и Google.Подкаст
Тест на ментальный возраст
Прохождение теста на ментальный возраст является вполне адекватным показателем уровня умственного развития человека.
Окситоцин и дофамин. Фундамент влюбленности и как он работает
Да, биохакинг это о продуктивности, результативности и личной эффективности. Но понимание природы наших чувств играет значимую роль в поиске счастья и прояснения межличностных отношений. Не последнее место в чувствах любви и влюбленности играется связка окситоцин и дофамин.
Сложность в гонке за продуктивностью в том, что процесс не строится на каком-то одном механизме. Наше тело находится в состоянии шаткого равновесия, и приходится в разное время уделять внимание разным областям прогресса. Поэтому и приходится как качать память, так и строить нетворкинг. Подробнее о разных процессах, происходящих в мозге и организме, рассказывают материалы канала Neural Hacking.
Окситоцин и дофамин. Или как подавить интеллект?
Впервые ученые обнаружили, как система поведенческой активации мозга может подавлять другие когнитивные функции и внешние раздражители. Система активируется как раз, когда мы испытываем романтические чувства, направляя всепоглощающее внимание на другого человека. Это еще один шаг к разгадке тайны влечения, которая продолжает ставить в тупик ученых, да и всех остальных людей тоже. Кстати, роль серотонина в этом вопросе отдается аспектам терпения, нежели награде за что-либо.
Романтические чувства, и что стоит за ними
На самом деле мы очень мало знаем об эволюции чувства романтической влюбленности. Каждое открытие, которое рассказывает о биохимическом бэкграунде романтической любви — это лишь малая часть головоломки, к которой мы только-только подбираем поверхностные объяснения.
Адам Боде, ведущий исследователь Австралийского национального университета (ANU).
Исследователи из АНУ, Университета Канберры и Университета Южной Австралии (UniSA) обследовали 1556 молодых людей, которые идентифицировали себя как «влюбленные». Цель – найти химические пути и поведенческие факторы, которые определяют, каким образом разные сигналы мозга запускают единственный новый мощный стимул. Кстати, для стимуляции тех же сигналов кто-то использует кофе и сахар, кто-то алкоголь и сигареты, кто-то поведенческие паттерны. О чем рассказывает наследие Теренса Маккенны.
Ученые изучили систему поведенческой активации, названную BAS, которая срабатывает в ответ на положительные эмоции, такие как волнение и счастье. Эта же система обуславливает мотивацию через повышение дофамина, когда человек работает ради грядущего вознаграждения или с достичь полезной цели.
Синергия дофамина и окситоцина
Хотя гормональный химический мессенджер окситоцин чаще всего связан с влюбленностью, исследователи обнаружили, что активность BAS зависела и от выброса дофамина. И, скорее всего, именно дофамин играет роль в том, как симпатичный вам человек может стать всепоглощающим центром внимания.
Мы знаем, какую роль окситоцин играет во влюбленности, потому что мы фиксируем рост концентрации нейрогормона, циркулирующего в нервной системе и кровотоке, когда люди взаимодействуют со своими близким. Однако то, что близкие люди приобретают особую значимость, связано с сочетанием окситоцина с дофамином, химическим веществом, которое наш мозг выделяет во время влюбленности. По сути, любовь активирует разные пути в мозге, связанные с положительными чувствами.
Фил Кавана из Университета Канберры.
При этом поражает и то, сколько отделов мозга затрагивает новый вид активности. Активность BAS цепляет VTA-прилежащее ядро, орбитофронтальную кору, вместе с активностью латеральной префронтальной коры, передней поясной извилины и вентрального полосатого тела головного мозга. Одновременно с этим, активность BAS снижает активность базального ядра, хвостатого ядра и таламуса. В этой системе окситоцин стимулирует не саму любовь, а резкость реакции в системе «свой-чужой». Другими словами, буст окситоцина – это повышение чувства любви к близким, и повышение ненависти и подозрительности к «чужим».
Природа влюбленности
Влюбленность сопровождается локальными изменениями в объеме серого вещества в вентромедиальной префронтальной коре и нижней теменной доле, что также отмечается по результатам шкалы BAS. Есть также доказательства того, что уровни глутамата в сети вознаграждений способствуют индивидуальным различиям в реакции на вознаграждение BAS. И полученные сигнатуры совпадают с сигнатурой чувства влюбленности.
Мнение авторов исследования.
По сути, конкретный стимул – любимый человек – запускает масштабные изменения во всем мозге, подпитываемые активностью окситоцина и дофамина, в результате чего мозг перераспределяет систему ценностей, отдавая высший приоритет любимому человеку. Это сложный механизм, но он проявляется в таком поведении, как возведение человека «на пьедестал» и растворение своего Эго в чувстве влюбленности.
Теперь исследователи надеются изучить, как мужской и женский мозг регулируют активность BAS. В частности, как влюбленность закрепляется и трансформируется в любовь, и как это отражается на нейробиологическом уровне в работе мозга.
Окситоцин, дофамин и перепрошивка мозга
Влюбленность, это едва ли не единственная легальная возможность ощутить, что такое смерть Эго в приятном смысле этого слова. Вот только в процессе, ты не ощущаешь перемен. Интересный опыт, который демонстрирует, насколько зыбка наша система ценностей, и личность в целом.
Больше о фундаменте и гранях личности, работе мозга, нейронах и нейрогенезе рассказывают другие новости и статьи, публикуемые на ресурсе. Подписывайтесь здесь, чтобы держать руку на пульсе новостей биотехнологий. Больше материалов на другие темы найдете на канале Neural Hacking.
Ящик Скиннера для детей: разбираемся, где правда, а где миф
Эти коробки Скиннер сам и разработал. Они назывались «ящиками Скиннера» и свободно продавались. Именно в ящике Скиннера сам профессор вырастил собственную дочь. Ящик Скиннера представлял собой что-то вроде шкафа со встроенной колыбелью для малыша, лежащего за прозрачным стеклом. В ящике поддерживалась оптимальная для ребёнка температура и влажность, в нём был специальный матрас, который легко менялся, а также развивающие игрушки. Так как в ящике всегда была комфортная температура, Скиннер рекомендовал держать младенца всегда голым, чтобы его тактильные ощущения развивались без помех. Идея такого ящика пришла психологу в голову после того, как его жена пожаловалась, что боится заводить второго ребёнка, так как её пугают трудности 1-го года ухода, который считается самым тяжёлым для женщины. Скиннер задумался о том, как бы он мог облегчить супруге жизнь и результатом его размышлений стало изобретение ящика. Хотя ящик Скиннера рекламировался в газетах и свободно продавался, особым успехом он не пользовался: было продано всего несколько сотен штук. Сам Скиннер неоднократно писал статьи в научные журналы, в которых опровергал критику, утверждавшую, что 1-й год жизни в коробке приведёт к формированию чувства социальной изоляции у ребёнка. Надо отметить, что дочь учёного действительно росла в его ящике и выросла совершенно здоровой и нормальной. Однако люди так и не поверили профессору, и производство ящиков Скиннера пришлось закрыть.
Источник: Фактрум
Однако репутация и известность трудов Берреса Скиннера сыграла с ним злую шутку. Его новое изобретение было уж очень похоже на "ящики", используемые им в его лаборатории по изучению поведения животных. Никто из обывателей не вчитывался в статью о новом уникальном безопасном пространстве для маленьких детей. Любители сплетен сразу же на ходу придумали ужасную и шокирующую историю, подходящую под атмосферное чёрно-белое фото ребенка, запертого в железной коробке. Волна негодования и пересуд вылились в обвинения и уличение Скиннера в садистскихих наклонностях а многочисленных угроз в письмах, направленных ему и его семье, было не счесть. Именно по этой причине изобретение не сыскало большой популярности.
Хотя его функционал вызывал интерес и был действительно полезен в обиходе молодых и занятых родителей, которые хотят сберечь ребенка от аллергии, прения кожи, переохлаждений и перегреваний в первые годы жизни.
Что думаете?