Как сон узнает про болезни и избавляется от них
В свое время американскими учеными из Бостонского университета была высказана версия, что во сне спинномозговая жидкость омывает мозг, очищая его от токсичного белка. Шлак выносится из организма. Однако как работает эта стиральная машина? Каков принцип действия? Ответа не было, поэтому многие ученые встретили гипотезу довольно пессимистично.
Но авторы не отчаялись. Ими на мышах поставлены очень тонкие, изощренные эксперименты, которые позволили понять, как происходит стирка. Для этого они научили животных спать в МРТ, который следил, как в мозге движется кровь. Причем во время сна у них также постоянно измерялась энцефалограмма, показывающая активность нейронов.
В итоге такой массированной научной атаки на мышей удалось разгадать механизм действия чистки. Оказалось, что активность нейронов во время глубокого сна синхронизирована с пульсацией спинномозговой жидкости, которая волнами омывает мозг и может уносить шлаки. Более того, именно нервный импульс как бы запускает каждую следующую волну жидкости.
А недавно подобный эксперимент ученые Бостонского университета провели уже на людях, о чем рассказано в журнале Science. И здесь картина была такая же, как у животных. Во время глубокого сна нейроны работали синхронно с пульсацией спинномозговой жидкости.
Значение этой работы для медицины очевидно. Зная механизм образования шлаков, который приводит к болезни Альцгеймера, и принцип чистки с помощью глубокого сна, можно разработать эффективные методы лечения.
Скажем, с помощью суперсовременных лазеров с длиной волны 1100 нанометров. Их луч обладает высокой проникающей способностью, может работать на поверхности мозга, в его коре и оболочке. Это открывает двери для принципиально новых методов лечения, для управления чисткой мозга от токсичных продуктов во время сна.
Впрочем, сами авторы исследования пока весьма осторожны. Они говорят, что пока увидели лишь то, что между электрическими ритмами и спинномозговой жидкостью есть явная связь. Где тут причины и следствия, и действительно ли идет эффективная очистка мозга? Для ответа нужны новые эксперименты. Так что пока рано говорить, что наука со сном окончательно разобралась. Хотя большой шаг к этому сделан.
- Сегодня существует как минимум восемь гипотез, объясняющих, зачем природа наделила нас столь продолжительным сном. Сегодня самая популярная утверждает: сон помогает мозгу избавиться от избытка полученной за день информации, - сказал "РГ" кандидат медицинских наук, доцент Первого МГМУ им. И.М. Сеченова Михаил Полуэктов. - Суть в следующем. За день клетки мозга, нейроны непрерывно "бомбардируются" самой разной информацией от соседних клеток. Между ними возникают связи, так называемые синапсы. К вечеру клетка, говоря образно, буквально забита самыми разными сведениями. Среди них много явно избыточных и даже просто "мусора". Так вот во сне, когда мозг не получает информацию извне, он перестраивает свою работу: ненужные синапсы ликвидируются, нужные "укрупняются", и на следующий день мозг вновь готов воспринимать свежую информацию. Есть представления, что сновидения могут быть последствием "систематизации данных" или "подготовкой к опасности", которую проводит мозг, чтобы "отрепетировать" столкновение с угрозой во сне.
Еще одна гипотеза считает сон древним защитным эволюционным механизмом, ведь во время сна мозг сохраняет все виды активности, исключая двигательную, то есть человек становится "очень похожим на труп". Таким образом, сон защищает наших предков человека, маскируя его под мертвого.
Профессор психологии Гарварда и исследователь сна Дейдра Барретт называет сон мобилизацией ресурсов для решения проблем. Она утверждает, что во сне мозг человека работает гораздо активнее и изобретательнее.
"Теория сновидений" Эрнеста Хартмана представляет сны терапевтическим механизмом для избавления от негативных переживаний. А психиатр Чжан Цзе считает, что мозг во время сновидений занят обработкой воспоминаний. То есть сон - это момент отправки образов на длительное хранение. В бессознательном состоянии мозг занят анализом и сортировкой впечатлений, накопленных за день. Другими словами - во время сна происходит консолидация памяти, закрепление воспоминаний и навыков в долговременной памяти. Именно в ходе этого процесса происходит установление новых контактов между нейронами.
- Российский ученый из Института проблем передачи информации РАН Иван Николаевич Пигарев предложил очень интересную гипотезу сна, - говорит Полуэктов. - Вот мы говорили, зачем сон нужен мозгу. А зачем он сердцу, печени, почкам. Они работают и при бодрствовании, и во сне. Пигарев считает, что во сне мозг ведет своеобразную настройку внутренних органов. Днем ему некогда ими заниматься, только бы успеть получить, перелопатить и усвоить внешнюю информацию. А во сне наконец-то может отключиться от внешних раздражителей, стимулов и "заглянуть в себя". Он как бы дозором обходит печень, сердце, почки и другие органы, и, находя неполадки, сообщает об этом мозгу.
В каком виде приходит этот SOS, как мозг на него реагирует, надо изучать. Возможно, помогут сновидения. Скажем, ряд ученых утверждают, что при заболевании пищеварительного тракта в сновидениях появляются неприятные сцены, связанные с едой, при недугах органов дыхания возникают сцены удушения. Когда страдает опорно-двигательный аппарат, появляются картины, связанные с нарушением движения. Что у нас "сбоит", то может в своеобразном виде проявляться в содержании сновидения. Пока все это только различные версии такого загадочного явления, как сон.
Почему мы нередко просыпаемся до звонка будильника? Ответ нашел нейробиолог Ян Борн из университетской больницы Тюбингена. Причина в собственных часах нашего организма. Причем особую роль в самопробуждении играет кортизол. В экспериментах было показано, что, получив установку проснуться, например, в шесть утра, организм замедляет выработку гормона сна мелатонина, зато начинает вырабатывать кортизол - гормон стресса и пробуждения.
Активность нейронов мозга складывается в электрические волны, которые можно увидеть с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Среди этих волн есть альфа-ритмы, бета-ритмы, тета, сигма и ряд других. Они отличаются друг от друга по разным параметрам и возникают при разных состояниях: во время психического напряжения, во время спокойного бодрствования, во время сна и т. д. Сон же, как мы знаем, состоит из быстрой фазы и медленной, причем медленная делится еще на несколько стадий. Легко догадаться, что свое название фазы сна получили по быстрым и медленным электрическим ритмам.