О том, зачем мы вообще спим и можно ли без этого

Сон – одна из самых больших, глубоких и странных загадок нейробиологии. Существует множество взаимодополняющих теорий о том, зачем он нужен. Окончательного ответа или абсолютной истины не существует (и поэтому единственная надежда на то, что когда вы дочитаете, то будете знать про сон гораздо меньше, чем в тот момент, когда начали читать).

В целом, сон — это эволюционная странность. Потому что он резко повышает вероятность быть съеденным, и если бы существовала какая-то возможность этого избежать и всегда сохранять бдительность, то она бы наверняка была поддержана естественным отбором. Тем не менее, мы видим, что спят все. Мы уверены, что спят все млекопитающие, скорее всего, спят все позвоночные, а у беспозвоночных хотя и нет настолько сложного мозга, чтобы спать, но тоже бывают суточные ритмы активности.

Существуют некоторые эволюционные особенности, которые связаны с тем, что вы спите много, если можете себе это позволить. Если вы лев и у вас нет хищников-конкурентов, то вы можете кого-нибудь съесть, а потом спать и переваривать его 18 часов в сутки. А вот если вы лошадь и на вас могут напасть хищники, то вы вынуждены спать по 2 часа в сутки, ведь эволюция довела вас до того, что вы можете обходиться без сна дольше и даже спать на ногах (ложась буквально на 15 минут). К тому же, вы ведете при этом коллективный образ жизни и спите в окружении бодрствующих коллег, чтобы в случае чего они заржали и вас предупредили.

Например, дельфин в ходе эволюции научился отдыхать таким образом, чтобы одно полушарие спало, пока другое бодрствует. Долгое время полагали, что акулы не спят вообще, потому что у них есть конструктивная проблема: они должны все время плыть, чтобы промывать жабры водой. А если акула остановится, она может задохнуться и утонуть. Но в последние годы накопились наблюдения морских биологов и дайверов о том, что акулы очень любят находить пещерки, в которых существуют подводные течения. И вот в этих пещерках можно наблюдать лежбища акул, которые неподвижны, пока вода промывает их жабры. И хотя никто не проверял активность их мозга в этот момент, скорее всего, они тоже спят!

Что касается млекопитающих, то для них характерна довольно стандартная картина фаз сна: медленноволновой сон, который подразделяется на несколько стадий, каждая из которых все глубже и глубже предыдущей. Снижается температура и давление, замедляется обмен веществ и сердечный ритм. В этот момент мы либо вообще не видим снов, либо видим только бессюжетные и отрывочные. Потом начинается стадия быстрого сна (или быстрого движения глаз, от английского Rapid eye movement, REM sleep), третья стадия сознания после бодрствования и медленного сна. В этот момент энцефалограмма будет сходна с той, что у бодрствующего, человек видит очень яркие сны, при этом у него полностью заблокирована активность мышц. Конечно, сердечная мышца сокращается, и движения глаз есть, а вот руки и ноги практически парализованы.

Эти фазы чередуются, но в течение ночи меняются пропорции: медленноволновой сон важнее для нашего здоровья, поэтому, когда мы только засыпаем, не зная, как много времени осталось до звонка будильника, мы сперва добираем медленный сон. После того как организм удовлетворит свои потребности в медленном сне, фазы быстрого сна становятся длиннее. Быстрый сон не принципиально важен для взрослых людей, но он необходим детям для развития мозга и освоения информации. И если вы посмотрите, как спит младенец (а спит он много), то увидите, что в состоянии медленного сна он столько же, сколько и взрослый, а дополнительные 6-8 часов появляются за счет длинных периодов быстроволнового сна.

Что будет, если лишить человека сна?

Допустим, у вас есть две мыши. Они сидят на одной и той же платформе в одинаковых условиях и получают одинаковую пищу. Но к их головам подведены электроды, и компьютер анализирует электроэнцефалограмму. И как только одна из мышей засыпает – он сразу же ее будит, начиная вращать платформу. А второй, контрольной мыши, никто не мешает спать в тот момент, когда первая мышь бодрствует. И вот контрольная мышь может существовать в таких условиях долго: ей будет бесконечно скучно, но жить она сможет. А экспериментальная мышь начнет намного больше есть, при этом у неё будет снижаться масса тела и повышаться температура, начнется ухудшение иммунитета. И примерно на 28 день такая мышь умирает.

На людях таких контролируемых экспериментов в университетских условиях не ставили, но депривация сна у нас тоже ведет к довольно трагическим последствиям. По данным Американской академии медицины сна, она приводит примерно к 1500 смертям ежегодно. Засыпание за рулем является причиной множества автомобильных аварий, в которых 70 тыс. человек получают травмы, а 1500 – погибают. Так происходит потому, что из-за недостатка сна у нас нарушается способность к рассеянному вниманию, снижается скорость реакции и прочее. То есть, вы можете вести машину по прямой, но в любой внештатной ситуации вероятность аварии возрастает многократно.

Но, тем не менее, всё еще не существует однозначного ответа, зачем нужно спать. Есть несколько гипотез, и, как это часто бывает в биологии, все они могут быть верными и взаимодополняющими.

Скорее всего, на ранних этапах эволюции сон возник просто для того, чтобы более эффективно расходовать энергию. Он дает совсем небольшое преимущество, порядка 10%, если сравнивать его с состоянием, когда вы спокойно лежите и не двигаетесь. Но в пересчете на охоту, когда вам нужно поймать 9 мышей вместо 10, это все же довольно значимо. И второе: возможно, эволюционно вам больше подходит охотиться ночью, а днём вы плохо видите и вообще активны хищники, которые охотятся на вас – достаточная причина, чтобы уснуть и не показываться.

Кроме того, сон очень важен для регенерации тканей и вообще для поддержания здоровья. При недостатке сна медленнее заживают раны, хуже работает иммунная система. Нарушается обмен веществ, в том числе повышается склонность к ожирению и диабету.

Но все главные гипотезы о том, зачем человеку сон, находятся в области нейробиологии.  Сегодня подавляющее большинство ученых сходятся в том, что сон необходим для обработки информации. В течение дня мозг воспринимает и откладывает множество информации, а ночью её сортирует: важное отложится в долговременную память, а неважное – забудется. Кроме того, появляются гипотезы, предполагающие, что во время сна мозг наводит порядок на молекулярном уровне: пополняет запасы нужных веществ и избавляется от мусора.

Сон может быть связан с памятью. О ней мы тоже знаем немного. А вот большие ученые, например, нобелевский лауреат Эрик Кандель, знают много. Он экспериментально показал, что кратковременная память – это функциональное усиление связей между нейронами, а долговременная – образование новых связей между ними, физический рост синапсов. Возникла эта идея еще до Канделя, когда в 1949 году когнитивный психолог Дональд Хебб предложил теорию, которую часто описывают английской фразой: «Neurons that fire together wire together» – «Нейроны, которые срабатывают вместе, связываются друг с другом».

В формировании памяти главную роль играет одна конкретная молекула – NMDA-рецептор. Его особенность в том, что он активируется, когда возбуждение пришло с двух сторон одновременно – когда две нейронные сети, отвечающие за выполнение каких-то задач, начали работать совместно. В этой ситуации рецептор запускает внутрь нервной клетки ионы кальция, которые через цепь посредников приводят к считыванию генов, синтезу новых белков и в конечном счете к росту новых синапсов, более прочно соединяющих друг с другом те нейроны, которые активировались вместе. Нейробиология говорит нам, что совместная активность способствует укреплению отношений.

Допустим, вы читаете этот текст, а по радио звучит песня «Yellow Submarine». И у вас возбуждены нейроны, отвечающие за распознавание этой песни. И в случае, если вы что-нибудь запомните из текста, она может начать ассоциироваться у вас с «Yellow Submarine». Ваш мозг по ошибке посчитал, что это важно, и заботливо вырастил вам синаптические связи между той нейронной сетью, которая отвечает за распознавание песен The Beatles, и той, которая отвечает за чтение конспектов лекций Аси Казанцевой.

Это очень важная история в нейробиологии. Любое обучение – сознательное, бессознательное, ассоциативное, целенаправленное – анатомически меняет мозг. Существует огромное количество исследований о том, что после освоения какого-то навыка, будь то дегустация вина, игра на гитаре или езда по Лондону без GPS, кора в определенной части мозга становится толще. И по всей видимости, особенно хорошо все эти процессы проходят, когда вы легли спать.

Есть исследования, которые говорят, что если вы выучили что-то за три часа до сна, то оно усвоится намного лучше. Так что если вы когда-то клятвенно обещали себе сесть готовиться к экзамену с утра, а вместо этого целый день провели на Фейсбуке и сели за билеты ближе к ночи – знайте, вы все правильно делаете!