Сон это адаптация?

Автор ChiefPilot, июня 07, 2005, 14:41:15

« назад - далее »

ChiefPilot

Как так получилось, что мы должны спать по ночам? Зачем? Отдых мозга? А что это такое? Промывание от шлаков? Насыщение питательными веществами? Переработка накопленной за период бодрствования информации? Но неужели невозможно было Природе попытаться решить эти проблемы без введения периода сна? Представляете какие преимущества открываются перед особью, которая избавлена от этой обязанности? Я слышал, что у каких-то животных отдыхает только половина мозга. Возможно есть и такие, которые совсем не спят. Ну а мы то чего? Я понимаю, мы отчасти решили эту проблему объединением в группы и выставлением "часовых" на период отдыха всей группы. Но "часовые" это хорошо, но вот если бы вся группа могла сохранять активность круглые сутки! Неужели эти часы сна (а их не так уж мало!) так важны для нашего организма, что несколько сотен миллионов лет эволюции (наверняка сон появился достаточно давно при каком-то очередном усложнении мозга; а, кстати, есть данные когда он появился?) ничего не смогли с этим поделать? :)

Марков Александр

Недавно мы записали на радио беседу с крупным специалистом - сомнологом, где обсуждались эти вопросы. См. здесь:
http://svoboda.org/programs/tw/2005/tw.042905.asp

Вот фрагменты из популярной статьи Е.Б.Наймарк, статья готовится к публикации в журнале "Что нового в науке и технике".

Наука во власти сна

Давно подсчитано, что человек спит около трети своей жизни. Современная техногенная цивилизация, не говоря уже о детях всех времен и народов, с удовольствием отказалась бы от этого неэффективного времяпрепровождения. Действительно, за 25 лет, потраченные на сон, человек мог бы столько всего полезного сделать (...)
Что такое сон?
Две тысячи лет человечество удовлетворялось мудростью Аристотеля, гласившей, что сон – это полпути, пройденные к смерти.
(...) Долгое время считали, что сон – это просто отдых для перегруженной машины мозга, предохраняющий его от преждевременного износа. Кроме мозга во время сна отдыхают натруженные мышцы, кости. Эта простая теория не согласуется, однако, с фактами.
Еще в середине 20-го века подсчитали: метаболизм мозга спящего человека лишь на 10-15 % ниже, чем во время неглубокой дремы. А уставшие мыщы могут отдохнуть и просто находясь в покое. Получается, что организму нет никакой нужды по полсуток пролеживать беззащитным и голодным (...) Естественный отбор должен был бы озаботиться проблемой беззащитности спящих. И вместо различных сложных устройств типа нор, гнезд, безопасных убежищ для сна, сотворить универсальный тип чутко дремлющего животного. Однако естественный отбор почему-то этим не занялся.
(...) сон – это не просто отдых, а особое состояние мозга, которое отражается в специфическом поведении животного. Спящее животное, во-первых, принимает характерную для вида сонную позу, во-вторых, его двигательная активность резко снижается, в-третьих, оно перестает реагировать на внешние раздражители, но способно в ответ на внешнюю или внутреннюю стимуляцию проснуться. Следуя этим внешним признакам сна окажется, что спят очень многие животные, как высшие, так и низшие.
Жирафы спят на коленях, заворачивая шею вокруг ног; львы лежат на спине, сложив передние лапы на груди, крысы укладываются на бок, а хвостик закручивают к голове. Так же спят и лисы. Летучие мыши засыпают, только подвесившись вниз головой. Как спят кошки, скажет любой владелец пушистого питомца – на боку с вытянутыми лапками. Коровы спят на ногах, но зато с открытыми глазами. У дельфинов и китов два полушария мозга спят по очереди. А иначе водное млекопитающее может «проспать» вдох и задохнуться.
Столь же разнообразны и «сонные» привычки птиц. Но в отличие от млекопитающих у птиц сохраняется большая двигательная активность и мышечный тонус. Для того, чтобы заснуть, птице не обязательно ложиться, она может спать и стоя, и сидя на яйцах. Кроме того, многие птицы спят на лету. Иначе во время трансокеанических перелетов и без того измученной птице пришлось бы еще и без сна обходится. Мигрирующие птицы спят так: каждые 10-15 минут в середину стаи залетает одна из птиц и чуть-чуть шевелит крыльями. Ее несет воздушный поток, создаваемый всей стаей.  Потом ее место занимает другая птица. Могут птицы спать не только на лету, но и «на плаву»: утки спят не вылезая на берег. А попугаи спят, вися на ветке вниз головой.
Как выяснилось, спят не только теплокровные животные, но и холоднокровные – ящерицы, черепахи, рыбы. Считалось, что холоднокровные животные  просто замирали с наступлением холодной ночи, а вовсе не спали. Действительно, температура окружающей среды снижается, вместе с ней снижается и температура тела животного, падает уровень метаболизма, животное становится вялым и, как следствие, засыпает. Оказалось однако, что дело не только в снижении уровня метаболизма. При постоянной температуре рептилии тоже засыпают.  
Засыпают и раки, и насекомые, причем их сон отвечает тем внешним критериям, которые определены для высших животных. Пять лет назад Джоан Хендрикс в Пенсильванском Университете удалось снять на видео, как спят мушки дрозофилы. Оказалось, что ночью они засыпают  на 4-5 часов,да еще и днем сиесту устраивают около полутора часов, а всего за сутки маленькие фруктовые мушки спят около 8 часов. При этом перед сном они расползаются каждая на свое отдельное место, отворачиваются головой от пищи, плюхаются на брюшко и замирают. Только ножки подрагивают и брюшко ритмично раздувается в такт дыханию.  Чем не сон усталого человека?
Сон у животных, как показали многочисленные исследования последних лет, связан с циркадными ритмами. В организме живого существа заведены специальные биологические часы, но их циферблат обычно чуть больше или меньше 24 часов, это время и составляет циркадный цикл. Эти часы заводятся специальными фотозависимыми белками. Дневной свет активизирует светочувствительные рецепторы, возбуждение передается группе нейронов мозга с работающими часовыми генами. Часовые гены синтезируют специальные белки, и функция этих часовых белков.... тормозить работу часовых генов!  Получается саморегуляторная обратная связь: чем больше синтезировано часовых белков, тем меньше работает часовых генов. И так до тех пор, пока работа часовых генов не остановится и синтез белков не прекратится. С течением времени эти белки разрушаются,  и работа часовых генов  возобновляется. Циркадный  цикл настроен обычно на длину светового дня. Любопытно, что часовые гены мухи дрозофилы и млекопитающих очень похожи. Это говорит о том, что циклы сна и бодрствования очень древнего происхождения. Но насколько они древние – покажут только будущие генетические исследования циркадных циклов (...)
сенсацией стало открытие генов короткого сна у мух дрозофил и очень похожих на них генов короткого сна у людей. Гены короткого сна передается по наследству, как свидетельствует английский сомнолог Джером Сигел. Обладатели этих генов имеют укороченный сон, всего по 4-5 часов, после которого вполне жизнерадостны и дееспособны. Правда мухи с мутацией короткого сна имели и укороченную жизнь – умирали на 2 – 3 недели раньше своих нормально спящих товарищей. Возможно, что у короткоспящих людей та же печальная зависимость (...)
Однако сон более сложное явление, чем проявление циркадных ритмов. Ведь и животные и человек засыпает и при отсутствии смен освещенности. Это явление основатель науки о циркадных ритмах Юрген Ашофф еще в 1962 году проверил на своих сыновьях. Он предложил им провести в темноте двое суток. В течение этого времени дети нормально засыпали, хотя суточный ритм сдвинулся на полчаса. Эти исследования впоследствии подтвердились многократными экспериментами. Впрочем, их можно было и не подтверждать специально: животные заполярья вполне способны поддерживать суточный ритм сна и во время полярного дня.  А недавно исследователи Юли Шиблер и Майкл Менакер показали простой способ, как сместить циркадную периодичность. Крыс, которые в естественной обстановке едят ночью, начали кормить днем. В результате через недолгое время крысы – ночные грызуны - поменяли свой циркадный ритм на прямо противоположный. Эксперименты с человеком дали те же результаты. Так что если необходимо в течение долгого времени интенсивно работать по ночам, лучше всего начать по ночам есть. Тогда организм естественным образом перестроится. Механизм этого явления пока неизвестен.  
Так, за столетие ученые выяснили, что очень многие  животные спят. И не просто отдыхают, а проживают особое состояние, косвенно связанное с суточными ритмами. Что это за особое состояние?

ЭЭГ – замочная скважина для сомнологов.  
Использование электоэнцефалографов произвело революцию в науке о мозге (...) ЭЭГ стали применять в медицинской практике в 30-е годы прошлого века, но вот присоединить электроды к спящей голове на всю ночь догадались только через двадцать лет.
Это впервые проделали ученые Чикагского Университета Н.Клейтман и Ю.Азеринский – оба выходцы из России. Их первым испытуемым стал маленький  сын Азеринского, который спокойно спал с электродами на голове, а два ученых с интересом наблюдали за этим процессом всю ночь. Результаты записей оказались столь неожиданными, что Клейтман уговорил поспать с электродами и свою дочь. Результаты подтвердились. Оказалось, что во время сна мозг вовсе не бездействует, и его ЭЭГ совсем не похожа на монотонную синусоиду. Во-первых, ЭЭГ спящего резко отличается от ЭЭГ активного или даже отдыхающего человека. Во-вторых, во время сна электрическая активность мозга периодически меняется, формируя характерный портрет последовательных фаз сна. Одна фаза следует за другой, и местами они не меняются. В-третьих, продолжительность одного периода сна – около полутора часов, а всего за ночь проходит четыре – шесть таких периодов.
Клейтман и Азеринский подробно описали эти фазы сна. Первая фаза – дремота - наступает, когда мы укладываемся спать. Это совсем неглубокий сон и длится он до 5 минут, если , конечно, несчастного не одолевает бессонница. ЭЭГ этой фазы напоминает ту, что регистрируется во время отдыха. Если дремлющего ничто не потревожит, то дремота переходит во вторую фазу. Она длится до 20 минут, отличается от других появлением на ЭЭГ характерных импульсных всплесков высокой частоты и низкой амплитуды – сонных веретен. Третья фаза – глубокий сон. На ЭЭГ появляются высокоамплитудные волны низкой частоты – дельта волны, каких никогда не наблюдаются во время бодрствования. Во время глубокого сна этой и следующей фазы глаза, закрытые веками, совершают медленные движения из стороны в сторону. Четвертая фаза сна – это еще более глубокий сон. На ЭЭГ – дельта волны, дыхание и сердечный ритм замедляются, температура тела и мозга немного снижается. И вдруг, через 20-30 минут глубокого сна мозг вновь возвращается ко второй фазе неглубокого сна. Как будто мозг начинает обратный ход и старается проснуться. Но вместо просыпания, т.е. возвращения в первую фазу сна, мозг переходит к пятой фазе, получившей название РЕМ-сна. Характерный признак этой фазы – быстрое движение глаз из стороны в сторону (rapid eye movement – отсюда название фазы, в противоподность НРЕМ – nonrapid eye movement).  У спящего почти полностью пропадает тонус мыщц, т.н. атония,  остаются работать только крошечные мыщцы слуховых косточек, глазодвигательные мыщцы и диафрагма.  Зато ЭЭГ мозга становится таким же как у проснувшегося человека.  Учащается сердечный и дыхательный ритм, поднимается температура и давление. РЕМ сон длится в среднем 10 минут или около того. К концу ночи в последних циклах продолжительность быстрого сна увеличивается. Получается, что у спящего при полной обездвиженности мозг чрезвычайно активен.  Из-за этого удивительного сочетания признаков РЕМ сон получил свое второе название – парадоксальный сон. После того, как фаза РЕМ заканчивается, снова следуют в строгой очередности вторая, третья и четвертая фазы.
Во время РЕМ сна снятся самые эмоциональные и зрелищные сны. Долгое время считалось, что сны снятся только в это время (...).
Проверяли даже, снятся ли сны животным. В 1983 г. в Пенсильванском Универститета под руководством Э.Моррисона, кошке сделали очень деликатную операцию, разрушив в мозге микрообласть синего пятна - того места, которое отвечает за атонию во время РЕМ фазы. После операции поведение кошки не изменилось, и  ЭЭГ регистрировало нормальный сон с нормальной фазой быстрого сна.  И что же? – оперированная кошка во время парадоксального сна вставала, начинала иллюзорное исследование помещения, гонялась за воображаемой мышью, умывалась... Перед глазами пораженных наблюдателей кошка показывала свои сны. Эти опыты были повторены не один раз и не только на кошках: действительно, животные видят самые разнообразные сны, только эротические сны им никогда не снятся.  
В последнее время доказали, что сны снятся и во время медленного сна. Но только эти сны короче и не такие эмоциональные (...)
Изучение фаз сна с помощью ЭЭГ открыло новую эру в сомнологии. Появились многочисленные исследования фаз сна у животных. Насколько фазы сна универсальны? (...)
Так, до последнего времени считалось, что у китообразных нет фазы быстрого сна. Только недавние исследования в лаборатории Л.М.Мухаметова в ИЭМЭЖ в Москве показали, что все же фаза быстрого сна у них имеется, хотя и короткая. Также Джером Сигел, профессор Калифорнийского Университета, недавно подтвердил наличие РЕМ фазы у примитивных млекопитающих утконосов. Для этого пришлось вживлять тонкий электрод прямо в мозг животному, так как  внешние электроды, наложенные на лобные доли ничего не показывали.
Как выяснилось, все млекопитающие и птицы спят по описанному «сценарию». Только у птиц очень короткая РЕМ фаза – всего одна-две минуты.  А вот у черепах и других рептилий фазу парадоксального сна пока не нашли. Обнаружили только медленный сон третьей и четвертой фазы с дельта волнами. При этом у черепах глаза медленно двигаются в глазницах, но не из стороны в сторону, а сверху-вниз. (...)
Итак, с помощью анатомии и ЭЭГ портрет сна у высших животных ученые кое-как нарисовали. Осталось лишь, глядя на это изображение,  ответить на вопрос:
Зачем  нужен сон?
(...)
Забегая вперед, отвечу – пока никто не знает. Но кое-что все же известно. Для этой сложнейшей головоломки уже имеются некоторые готовые фрагменты.
Фрагмент 1:  Чтобы выяснить, зачем нужен тот или иной орган, нужно его отрезать или повредить (...) Чтобы разгадать, зачем он нужен, нужно не давать спать подопытнымому объекту. (...)
Еще в конце 19 века  эти эксперименты провела русская ученая врач М.М. Манасеина. В ее опытах, лишенные сна собаки через две-три недели все без исключения умирали. При этом никакой явной причины смерти обнаружить не удалось – все системы органов и тканей выглядели вполне нормально (...)Фрагмент 2. После открытия фазовой картины сна были поставлены более тонкие опыты на животных. Эти опыты должны были открыть, какая фаза сна какую функцию выполняет. Эти опыты впервые были поставлены в 60-е годы прошлого века в лаборатории Речшаффена. Подопытную крысу сажали на площадку, размером с донышко цветочного горшка, а саму площадку помещали в центр мелкого бассейна с водой. Эта площадка могла вертеться. Когда животное засыпало, то столик начинали медленно крутить. Пока длились фазы дремы и медленного сна, мышцы оставались в тонусе и животное удерживалось на площадке. Когда же наступала фаза быстрого сна, то мышцы полностью расслаблялись и центростремительные силы сбрасывали крысу в воду. Животное немедленно просыпалось и начинало цикл сна с самого начала. Через 40 дней такой жизни животное умирало.  Контрольное животное, которое будили в те же моменты, но не избирательно по отношению к фазе сна, выживало (...)
А что же случается, если будить животное во время медленного сна? Оказалось, что почти ничего. В первые дни после начала эксперимента начинается адаптация мозга к новым условиям, поведение подопытного животного становится вялым и дезориентированым. А после мозг как будто привыкает: различные участки мозга начинают спать в разное время и сама фаза медленного сна становится короче (...) Так что смертельно для животного все же лишение быстрого сна, а не медленного.  
(...)
Другая гипотеза связывает быстрый сон с эволюцией теплокровности у животных. Сторонники этой гипотезы основываются на том, что парадоксальный сон имеется только у теплокровных животных – млекопитающих и птиц, а у других он не найден. Действительно, во время парадоксального сна температура мозга немного снижается . Это значит,  что парадоксальный сон предохраняет мозг от перегрева. Система, похожая на охлаждение современных процессоров в компьютере. (...)  Эта гипотеза также имеет свои ограничения – и вправду трудно поверить,  что столь сложный и активный процесс возник только для охлаждения мозга. (...)
Фрагмент 5. А парадоксальный сон занимается, вероятнее всего, нашим разумом. Так решили нейрофизиологи, изучавшие память и внимание у добровольцев, лишенных парадоксального сна.  Специалистам в многочисленных тестах удалось выяснить, что после сна испытуемый лучше всего повторяет пройденное упражнение, лучше всего настроен воспринимать и обучаться новому. Если же во сне отсутствует РЕМ фаза, то отсутствует и этот утренний пик внимания и обучаемости (...)

кто сколько спит:

Животные   Количество часов в сутки
Жираф    2
Азиатский слон    3.5
Косуля   3
Человек, кролик, носорог   8
Павиан    9.5
Домашняя кошка   12
Лабораторная Крыса   13
Лев   13.5
Бурундук   15.5
Карликовая соня   19.8
   
   
Установили статистические зависимости: в среднем больше спят мелкие животные, чем крупные; кроме того, хищникам требуется больше сна, чем растительноядным животным.

ChiefPilot

Ньдя... Столько тумана вокруг сна и загадочных фраз, что остаётся только сделать последний шаг - установить, что, оказывается, фаза сна и есть основная и "правильная" фаза жизнедеятельности организма. А активная фаза есть вынужденная и побочная мера, как плата за мобильность отдельного организма (в отличие от растений). Типа лучше бы всегда спать, да вот поиск пищи (и, зеркально, попытки самому не стать пищей) и способ размножения, к сожалению, вынуждает организм иногда переходить к активной фазе. :) :) :)

Питер

Сказал  я  моим  кошкам  про   двенадцать  часов.   Они  сильно  смеялись.
:D  Вот  так.  :D
А  оно  вам  надо  ?

Юрич

А соню из-за этого назвали соней, не подскажете?..
"существуют полянки, которые можно отыскать только заблудившись" (Х. Манкелль)
"как объяснить англичанину, что судьба мира решается на Тибете?" (Л. Пауэлс)