Интересные факты о человеческом мозге. Сон и деятельность мозга Головной мозг человека включение спящих клеток

Сон так и остаётся одной из самых больших загадок для неврологии. Хотя мы тратим на сон примерно треть нашей жизни, этот процесс ещё практически не изучен. Но к счастью, в течение последних нескольких лет учёным удалось добиться значительных успехов в изучении нейронной цепи мозга, отвечающей за процесс сна.

Общепризнанно, что сон состоит из нескольких различных фаз, и что ежедневный процесс сна являет собой взаимодействие этих фаз, что делается по очень сложному механизму. К тому же на фазы сна влияют такие факторы, как суточные ритмы, температура тела, гормоны и т.д.

Сон очень важен для таких функций человеческого организма как концентрация, память и координация. В результате недостаточного сна, человек может испытывать сложности с концентрацией и скоростью реакции – в действительности, недосыпание может привести к столь же негативному эффекту, что и принятие алкоголя.

Также сон имеет очень большое значение для эмоционального состояния человека. Появляется всё больше и больше доказательств того, что недостаток сна повышает риск появления различных сердечных и сердечно-сосудистых заболеваний, включая сердечные приступы, апоплектический удар, повышенное или пониженное кровяное давление, а также ожирения или различного рода инфекций.

Нарушение сна – одна из самых распространённых проблем, затрагивающая около 70 миллионов человек, большинство из которых даже не задумываются над тем, насколько серьёзные последствия она может повлечь.

Перечисленные выше заболевания – лишь малая часть; недостаток сна может привести даже к смерти: затраты на лечение, травмы на производстве, утраченная производительность – всё это обходится не меньше, чем в 100 миллиардов долларов. Учёные по всему миру пообещали разработать новые способы борьбы с недосыпанием и пока вполне успешно выполняют своё обещание.

Деятельность головного мозга во время сна

Хотя, казалось бы, сон – пассивный процесс и процесс полного отдыха, на самом деле он требует очень активного взаимодействия различных частей головного мозга для того, чтобы одна фаза сна могла сменять другую.

Фазы сна были обнаружены в 50-х годах XX века при помощи электроэнцефалографии (ЭЭГ), когда изучались колебания головного мозга во время сна.

Также были изучены движения глаз и конечностей. Учёные обнаружили, что в течение первого часа сна головной мозг проходит через определённые процессы, которые приводят к замедлению нейронных колебаний. Эта фаза сна, так называемый «медленный сон», сопровождается также расслаблением мышц, в том числе и глазных. Также снижается частота сердцебиения, уровень кровяного давления и температура тела. Если человека разбудить в этот момент, он вспомнит лишь различные обрывки мыслей и образов, но не весь сон целиком.

В течение последующего получаса (или около того) мозг кардинально меняет свою деятельность. Уровень корковых нейронных колебаний в этой фазе сна очень походит на уровень колебаний бодрствующего человека. Невероятно, но период повышенной нейронной активности сопровождается атонией – все мышцы человеческого тела сковывает своего рода паралич (остаются активны лишь группы мышц, отвечающие за дыхание и за движение глаз). Эта фаза сна носит название «быстрый сон». Во время этой фазы человек, как правило, всегда видит сны. Частота сердцебиения, кровяное давление и температура тела становятся более стабильными. У мужчин в это время часто наблюдается эрекция. Первая фаза быстрого сна обычно длится 10-15 минут.

На протяжении всей ночи фазы медленного сна и быстрого сна чередуются друг с другом, и с каждым разом вплоть до самого пробуждения фаза медленного сна становится всё менее глубокой, а фазы быстрого сна – всё более продолжительными. Длительность той или иной фазы сна во многом зависит от возраста человека. Дети в возрасте до 7 лет обычно спят до 18 часов в сутки, причём фаза медленного сна у них преобладает. По мере взросления, дети начинают тратить всё меньше времени на сон, фаза медленного сна также значительно сокращается. Ну а взрослые люди могут спать и по 6-7 часов в сутки, часто жалуясь на то, что приходится рано просыпаться, при этом медленный сон занимает у них очень незначительное количество времени.

Пример процесса сна

Нейронные колебания человека в возрасте 20-25 лет, записанные электроэнцефалографом (ЭЭГ) постепенно замедляются и в то же время становятся более интенсивными по мере того, как человек входит в более глубокие стадии медленного сна. Примерно через час человеческий мозг проходит данный цикл в той же последовательности, каждый раз обязательно проходя через фазу быстрого сна (на графике выделена фиолетовым цветом), в течение которого нейронные колебания становятся столь же интенсивными, как и во время бодрствования. Тело в этот момент полностью расслаблено, человек находится без сознания и зачастую начинает видеть сны. Чем ближе к утру, тем большей становится продолжительность фаз быстрого сна, и наоборот – длительность фаз медленного сна значительно сокращается.

Нарушения сна

• Наиболее распространённое нарушение сна, наверняка знакомое многим людям – бессонница. Некоторым вообще бывает тяжело заснуть, а некоторые засыпают, но просыпаются ночью и не могут заснуть снова. Хотя быстродействующие успокоительные или антидепрессанты и в силах помочь, ни одно из этих средств не позволит вам добиться действительно естественного и расслабляющего сна, т.к. они зачастую просто прерывают наиболее глубокие периоды медленного сна.

Кроме постоянной сонливости, бессонница может повлечь за собой много других негативных последствий. Наиболее часто встречающиеся из них – разнообразные нарушения сна (выражающиеся чаще всего в нарушенном режиме сна) или конкретных его фаз.

• Синдром ночного апноэ – во время глубокого сна мышцы глотки расслабляются до тех пор, пока они не начинают перекрывать собой дыхательный путь. Это приводит к вынужденному прекращению дыхания, отчего человек немедленно просыпается. В результате чего более глубокие периоды медленного сна просто не успевают наступить.

Также недостаток сна может привести к повышению кровяного давления и увеличивает риск сердечного приступа. Постоянная сонливость ведёт к несчастным случаям, в особенности к авариям на дороге.

Лечение синдрома апноэ включает в себя разнообразные попытки предотвратить перекрытие дыхательного пути во время сна. Будет справедливо заметить, что если вы сбросите лишний вес, будете избегать алкоголя и наркотиков, то это с очень большой вероятностью улучшит ваш сон. Ну а людям, страдающим синдромом апноэ, просто необходимо определённое устройство, которое оказывало бы давление на дыхательный путь, отчего он оставался бы открытым. Существует специальная маска, надеваемая на нос и производящая довольно сильный воздушный поток как раз для этой цели. В более сложных случаях порой необходимо хирургическое вмешательство – коррекция дыхательного пути.

• Непроизвольные движения конечностей во время сна – иначе говоря, это периодические резкие рывки руками или ногами, не контролируемые человеком. Как правило, они происходят при вхождении в фазу медленного сна и могут привести к пробуждению. А некоторые люди не могут контролировать движения и во время фазы быстрого сна, наглядно показывая, что им снится в конкретный момент. Это отклонение, носящее название «поведенческие отклонения быстрого сна», также может сильно нарушить нормальное течение сна. Оба вышеописанных синдрома зачастую свойственны людям, страдающим болезнью Паркинсона. Соответственно, и избавиться от них также можно с помощью медикаментов, направленных на лечение болезни Паркинсона или также с помощью клоназепама – вида бензодиазепинов.

• Нарколепсия – сравнительно редко встречающееся заболевание – ему подвергается лишь один человек из двух с половиной тысяч. Нарколепсия – это нарушение работы механизмов, ответственных за погружение в сон (или же в фазу быстрого сна, если человек уже заснул).

Эта болезнь связана с недостаточным количеством нервных клеток в боковой части гипоталамуса, содержащей также нейротрансмиттер орексин (также носящий название «гипокретин»).

Человек, страдающий нарколепсией, в любое время суток может подвергнуться приступам, в результате которых он засыпает, неожиданно для всех окружающих, если те не знают о его болезни. Это очень мешает в повседневной жизни, да к тому же и опасно – представьте, например, что произойдёт, если приступ нарколепсии застанет человека за рулём.

Нарколептики очень быстро входят в фазу быстрого сна и могут видеть сны, едва заснув – явление, называемое «гипнагогические галлюцинации». Также могут возникнуть приступы, в ходе которых человек полностью теряет мышечный тонус – это состояние похоже на полное бездействие всех мышц во время быстрого сна. Эта патология носит название «катаплексия» и очередной приступ, как правило, возникает в результате эмоциональных переживаний, зачастую достаточно бывает даже услышанной человеком смешной шутки.

Недавние исследования нарколепсии немного приоткрыли учёным завесу тайны над процессами, контролирующими переход человека из состояния бодрствования ко сну и переход между фазами сна.

Чем и как регулируется сон?

Когда человек бодрствует, его мозг находится в активном и возбуждённом состоянии. Это происходит за счёт двух основных нейронных сетей, которые в качестве нейротрансмиттеров (химических передатчиков импульсов между нервными клетками) используют либо ацетилхолин, либо моноамины – например, норэпинефрин, серотонин, дофамин и гистамин. Нервные клетки, содержащие ацетилхолин и расположенные в верхней части варолиева моста, а также в среднем мозге, активно способствуют активации таламуса.

Когда таламус активен, он, в свою очередь, передаёт в кору головного мозга информацию об окружающем мире, полученную от органов чувств.

Вторая группа нервных клеток, содержащих норэпинефрин, серотонин и дофамин и расположенных в верхней части мозгового ствола, посылают результаты своей активности в гипоталамус, передний мозг и в кору.

Затем в гипоталамусе нервные клетки с содержанием нейротрансмиттера орексина и ещё одна группа клеток, содержащих ацетилхолин или гамма-аминомасляную кислоту, объединяют полученную информацию и передают её в кору головного мозга. В результате этих процессов активируется кора мозга, благодаря чему человеческий мозг может правильно реагировать на сведения, которые таламус получил от органов чувств.

Во время быстрого сна холинергические клетки активируют таламус, что вызывает всплеск нейронных колебаний, подобный тому, который наблюдается у бодрствующего человека. Однако поток моноаминов, идущий из верхней части ствола головного мозга в кору, не испытывает подобной активности. В результате этого информация, передаваемая таламусом в кору, воспринимается нами как сон. Когда активируются нервные клетки, содержащие моноаминовые нейротрансмиттеры, они прекращают фазу быстрого сна.

Клетки ствола головного мозга, отвечающие за пробуждение человека ото сна, подвергаются воздействию двух групп нервных клеток гипоталамуса (который, кстати, как раз и отвечает за основные циклы нашего организма).

Одна из этих групп нервных клеток содержит ингибирующие (т.е. тормозящие) нейротрансмиттеры, такие как галанин и гамма-аминомасляная кислота. Когда эта группа нейронов активизируется, она, по мнению учёных, «отключает» двигательную систему и погружает человека в сон. Какой-либо вред, причинённый этой группе клеток, незамедлительно ведёт к бессоннице.

Вторая группа нервных клеток, расположенная в боковой части гипоталамуса, вызывает пробуждение человека ото сна и выходу из фазы быстрого сна. Она содержит орексин, посредством которого может посылать возбудительные импульсы двигательной системе, а в особенности - нервным клеткам, содержащим моноамины.

В ходе экспериментов, проводимых над животными, из их мозга полностью удалялся орексин, в результате чего у них проявлялись симптомы нарколепсии.

Схожий результат дал и другой эксперимент: был изучен головной мозг двух собак, от природы страдавших нарколепсией. Обследование показало, что у них имелись отклонения в гене, ответственном за выработку орексина.

Хотя у человека нарколепсия редко бывает связана с какими-либо генными отклонениями, у многих заболевших ей от 13 до 25 лет была обнаружена нехватка нервных клеток, содержащих орексин. Недавно проведённые исследования подтвердили, что у больных нарколепсией уровень орексина в головном мозге и в цереброспинальной жидкости необычайно низок. В общем, орексин играет очень важную роль в активизации моноаминной системы, а также препятствует неестественному переходу из состояния бодрствования к состоянию быстрого сна.

Гомеостаз и циркадные ритмы

Нашу потребность во сне и схему самого сна контролируют два основных показателя . Первый – это гомеостаз , потребность человека поддерживать равномерный режим сна. Существует несколько способов подать организму сигнал о том, что он нуждается во сне. Научно доказано, что уровень так называемого аденозина в головном мозге напрямую связан с активностью самого мозга и гомеостазом. Если человек бодрствует в течение длительного срока, то аденозин начинает накапливаться и таким образом воздействует на гомеостаз. Кстати, кофеин, повсеместно используемый как раз как способ справиться с сонливостью, блокирует действие аденозина.

Если человек не высыпается, то потребность во сне постепенно приводит его к упадку умственной активности. Затем, когда у него появляется возможность поспать, человек обычно спит больше обычного – «отсыпается», так сказать. К слову, это самое «отсыпание» всегда начинается с фазы медленного сна.

Второй показатель, влияющий на режим сна – циркадные ритмы.

Супрахиазмальное ядро – небольшая группа нервных клеток, которая служит в качестве внутренних часов человеческого организма. Эти нервные клетки проходят 24-часовой биохимический цикл, определяя время для физической активности организма, для сна, выброса гормонов и других естественных потребностей человека.

Супрахиазмальное ядро также получает сигналы от сетчатки глаза, чтобы в нужное время при необходимости корректировать внутренние часы организма в соответствии с природным циклом смены дня и ночи. Супрахиазмальное ядро посылает сигналы в соседнюю часть головного мозга – паравентрикулярное ядро. То, в свою очередь, взаимодействует с дорсомедиальным ядром гипоталамуса, а оно – с вентролатеральным ядром, в котором клетки, содержащие орексин, контролируют процесс сна и определяют время перехода к пробуждению.

Бодрствующий и спящий мозг

Опухоль головного мозга представляет собой группу различных внутричерепных новообразований, доброкачественных или злокачественных, которые возникают вследствие запуска процесса аномального неконтролируемого деления клеток, которые ранее были нормальными составляющими самой ткани мозга. Это могут быть нейроны, глиальные клетки, астроциты, олигодендроциты, эпендимальные клетки. Это также клетки лимфатической ткани, кровеносных сосудов мозга, черепных нервов, мозговых оболочек, черепа, железистых образований мозга. Рак мозга также может быть следствием метастазирования первичной опухоли, расположенной в другом органе.

Симптоматика заболевания зависит от локализации опухоли, ее гистологии, а сам тип опухоли определяется клетками, ее формирующими. Симптомы опухоли мозга в основном проявляются комбинированно, и при первых же подозрениях необходимо обратиться к врачу: сначала – к терапевту, затем – по показаниям. Врач назначит МРТ, результаты которой поставят все точки над «і» в диагнозе пациента.

Итак, основными признаками опухоли головного мозга являются:

1. Сильные головные боли , хотя их может и вовсе не быть даже до последней стадии развития опухоли. Однако если эти боли есть (35% случаев), они мучительны и совсем не похожи на головную боль от утомления и длительного просиживания за компьютером. Если боли сопровождаются тошнотой и головокружениями, дело плохо.

При раке головного мозга боль может беспокоить постоянно или приступообразно, локализоваться в одном месте или быть разлитой. Чаще приступы головной боли появляются внезапно при изменении вертикального положения тела на горизонтальное, при кашле, чихании, натуживании, усиливаются при физической нагрузке, приседаниях, наклонах, напряжении мышц живота, если человек нервничает, пребывает в состоянии стресса. Должно настораживать, если боль больше беспокоит после ночного сна и утихает в течение дня, если она постепенно нарастает, сопровождается рвотой.

1. Эпилептические припадки. Этот симптом является первым признаком рака головного мозга у 30% пациентов, а хотя бы один припадок в течение болезни наблюдается у 60% больных. Припадки характерны для начала развития медленнорастущей опухоли, при отеке мозга, метастазах в головной мозг. Они возникают беспричинно и внезапно, происходят в виде ненормальных движений в конечностях с нарушением сознания.
2. Тошнота и рвота. Эти симптомы могут возникать на фоне головной боли, обычно натощак и в утренние часы. Если происходит рвота, она не приносит облегчения, как в случае с пищевым отравлением. Ее появление объясняется внутричерепным повышением давления и накоплением токсинов, которые усиленно раздражают рвотный центр. Токсины вызывают усталость, сонливость и слабость. Рвота на ранней стадии более характерна для рака 4 желудочка, продолговатого мозга и червя мозжечка.
3. Проблемы со зрением. Параллельно с головными болями могут отмечаться нарушения зрения, потеря зрения на один или оба глаза, раздвоение в глазах. Все зависит от расположения опухоли. Если она размещена за глазами, тогда появление этих симптомов неизбежно. При росте опухоли может отмечаться выпуклость глаз.
4. Слабость, утомляемость, неуклюжесть. Опухоль может нарушать баланс и контроль моторных функций. Больной может чувствовать онемение в каких-то частях тела, ему может быть сложно выполнить элементарные действия: одеться, зашнуровать ботинок, почистить зубы.
5. Потеря ориентации. У 15-20% пациентов первыми признаками заболевания являются потеря памяти, сложность в ответах на простые вопросы, проблема в концентрации внимания, рассеянность, несобранность, сложность в изложении своих мыслей. Часто больной не может сориентироваться во времени и пространстве, много спит.
6. 7. Психические и личностные расстройства. У человека отмечаются частые атаки агрессии или напротив, апатии, которые могут сменять друг друга, наблюдаются эмоциональные расстройства, меняется поведение в общении с другими людьми. Лобная часть мозга отвечает за личностные качества, поэтому опухоль способна превратить человека в абсолютно другую личность.

Наличие всех этих симптомов, вместе или в отдельности, а также частота их появления должны насторожить. Диагностика методом магнитно-резонансной томографии поможет поставить правильный диагноз. И если опухоль мозга подтвердится, дальнейшая жизнь пациента зависит от возможностей его семьи и крепости организма.

Головной мозг человека является основным органом ЦНС. Его поверхностный слой состоит из множества нервных клеток, которые связаны между собой синаптической связью.

В рабочем состоянии находится всего 7% нейронов от общей численности, оставшаяся часть ожидает своей «очереди». Еще со школьного курса биологии известно, что одни клетки головного мозга сменяют другие в случае повреждения или полного отмирания.

Однако существует и анатомические отклонения, которые отрицательно сказываются на рабочих и нерабочих нейронах, тем самым убивая их, и разрушая связь между ними. Такая патология приводит к потере массы головного мозга и его функциональных способностей.

Отмирание нервных клеток головного мозга является вполне нормальным процессом, который происходит ежедневно. Но вся загвоздка в том, что при неврологических отклонениях, процесс охватывает значительно большее количество нейронов от нормы. Практически всегда это приводит к появлению и прогрессированию серьезных болезней, которые заканчиваются смертью.

Как гибнут церебральные нейроны…

Церебральная атрофия поражает лобные участки головного мозга (кора и подкорок). Именно эта зона отвечает за интеллектуально — мнестические функции и эмоции. Но эта болезнь классифицирована на несколько видов, которые имеют разную локацию:

1. . Здесь деструкция происходит в тканях коры головного мозга. И чаще всего это появляется в процессе старения нервных клеток, но и не исключены другие патологические действия на головной мозг (ГМ) .
2. Мультисистемное отмирание . Характеризуется повреждением мозжечка, ствола ГМ, базальных ядер. Имеет эффект нарастания.
3. Диффузное отмирание затрагивает самые разные процессы в противоположных друг другу местах. Болезнь начинает свое действие в районе мозжечка, а далее появляются симптомы, которые характерны для других областей ГМ.
4. Мозжечковое отмирание . Характерно с дополнительными патологическими процессами других частей ГМ.
5. Задняя корковая . Вызывает нейронов в области затылка и темечка. Образуется скопления бляшек и клубков нейрофибриллярных сплетений, которые способствуют отмиранию.

Что подразумевается под отмиранием нейронов?

В общем случае атрофические изменения головного мозга не считаются болезнью. Атрофия может появиться не только в результате прогрессирования заболевания, но и сама стать причиной развития недуга.

Точнее говоря, атрофия головного мозга – это патологическая активность, которая разглаживает ткани мозговой коры, уменьшает размеры, вес и убивает нейронные сети ГМ. Следовательно, это затрагивает интеллектуальную деятельность и другие функции человека.

Данная патология больше всего присуща людям в старческом возрасте. Каждый знает о том, что люди в возрасте 70-80 лет начинают страдать , частичной и аналогичными проблемами. Но и нельзя сказать, что такое не сможет случиться с молодым человеком или даже с новорожденным ребенком.

Такие изменения приводят к переменам в характере человека и его жизни. Отсюда мы и сделаем вывод. Под отмиранием нейронов головного мозга подразумевается:

• ухудшение или полная ;
• нарушение моторики;
• снижение интеллекта.

Что провоцирует смерть клеток головного мозга

Зачастую считается что внешние факторы, такие как , злоупотребление алкоголем или наркотическими веществами являются главными провокаторами развития атрофической активности.

Но существуют и физиологические факторы, которые не менее активно этому сопутствуют:

Существует также несколько патологических групп заболеваний в результате прогресса которых происходит атрофия мозга:

Как это выглядит?

Сперва, очень трудно заметить что-то подозрительное, так как снаружи происходят изменения только в характере человека. Человек становится рассеянным, вялым, иногда агрессивным и равнодушным. Через незначительное время, у человека появляются проблемы с памятью, снижение логики, потеря смысла действий, истощение словарного запаса.

В дополнение к этому, со временем отмирание клеток головного мозга сопровождается такими симптомами:

• постоянная агрессия;
• эгоизм;
• отсутствие самообладания;
• частая раздражительность;
• асоциальность;
• теряется абстрактное мышление;
• психические расстройства;
• депрессивность;
• заторможенность.

Симптомы будут отличаться в зависимости от места атрофии в головном мозгу.

Диагностика и дифдиагностика

Церебральная артрофи это болезнь, для диагностирования которой может понадобиться анамнез подробных сведений о пациенте.

Изучается история болезни, проводится опрос больного о его условиях жизни и самочувствии.

Но для точного установления диагноза, профессионалы отправляют больного на прохождение таких диагностических исследований:

• диффузную оптическую томографию;
• МЭГ (измерение и визуализация магнитных полей);
• двухфотонной или однофотонной эмиссионной томографии;

А также в редких случаях возможна дифференциальная диагностика. Имея анамнез пациента, при помощи специально созданной компьютерной программы можно установить диагноз методом исключения. По фактам и симптомам, которые проявляются у больного, компьютер сводит круг всевозможных болезней к одной.

При невозможности провести полную, можно сделать частичную дифференциальную диагностику.

Как остановить или затормозить отмирание клеток

Для того чтобы остановить болезнь, необходимо устранить ее причины. В большинстве случаев это сделать очень трудно, тем более, если учитывать тот факт, что нервные клетки не восстанавливаются – это невозможно.

Если отмирание клеток было диагностировано на начальной стадии, то его возможно остановить или хотя бы минимизировать последствия для
головного мозга с помощью витаминных комплексов, укрепляющих клетки и антиоксидантов, блокирующих процесс окисления. Такое лечение направлено только на устранение симптомов. Сама атрофия не лечится современными препаратами.

Если говорить об образе жизни пациента, то здесь вся ответственность теперь ложится на плечи близких. Они должны обеспечить человека постоянным уходом. Больного нужно окружить заботой, обеспечить ему комфорт и .

Пациенту нельзя избавлять от домашней работы, напротив, лучше будет если он займется своими привычными делами. Что касается стационарного лечения, то это только усугубит ситуацию. При акцентировании внимания на проблеме, больной больше переживает, что приводит к прогрессии отмирания клеток.

Спокойная и стабильная обстановка без перепадов сможет притормозить развитие заболевания, а в лучшем случае и остановить.
Кроме этого можно использовать антидепрессанты или транквилизаторы, за счет чего можно избежать вспышек агрессии.

Как сохранить нейроны в целости и сохранности

Все профилактические меры заключаются в лечении и предупреждении болезней, которые способствуют отмиранию церебральных клеток. По статистике довольно часто такое явление наблюдаются у людей с заболеваниями нервной системы. Отсюда можно сделать вывод, что необходимо положительно мыслить, вести здоровый и активный образ жизни. Научно доказано, что позитивные люди живут дольше и не имеют подобных проблем со здоровьем.

Главным «другом» деменции, особенно в пожилом возрасте, является . Его появление к отмиранию клеток прибавляет и атрофию коры, что чревато функциональными нарушениями работы других жизненно важных органов.

Для того чтобы не дать «друзьям воссоединиться», необходимо:

• вести активный образ жизни;
• сбалансировать питание дабы не набирать лишнего веса;
• отказаться от никотина и алкогольной продукции;
• усилить иммунную систему;
• избегать стрессовых ситуаций и меньше волноваться;
• контролировать уровень сахара в крови.

А также следует уменьшить потребление холестерина и увеличить количество фруктов и овощей в рационе. Такие тенденции питания приводят состояние организма в норму.

Чем больше поражение, тем хуже проявление

Что касается последствий, которыми грозит отмирание клеток головного мозга, то здесь актуально правило: чем больше поражение, тем хуже проявление. А также при отсутствии лечения, состояние человека ухудшается быстрее.

Вследствие могут появляться судороги, исчезновение мышечных функций или угнетение дыхания. Одновременное проявление таких последствий может привести больного в кому или .

Здесь ничего хорошего ожидать не приходится, так как такой процесс остановить уже невозможно, и при отмирании значительной для жизни части клеток наступает летальный исход.

Наталья Резник,
кандидат биологических наук
«Химия и жизнь» №3, 2014

А в этот самый день у Кенги было ужасно хозяйственное настроение.
Она решила везде навести порядок и сосчитать все белье и выяснить,
сколько осталось у нее кусков мыла, и сколько у Тигры осталось чистых
салфеток, и сколько у Ру осталось чистых передников, так что она
выставила их обоих из дому...
А. А. Милн. Винни-Пух и все-все-все

Сон - состояние, присущее большинству животных, в том числе и беспозвоночным. Даже морские млекопитающие, для которых уснуть - значит захлебнуться, спят каждым полушарием по очереди. Сон жизненно необходим, бессонница убивает и животных, и людей. Веками ученые пытаются понять, почему это происходит, и в гипотезах не было и нет недостатка. В этой статье мы расскажем о трех.

Глимфатическое половодье

Представления специалистов о назначении сна изменяются по мере развития методов прижизненного исследования мозга. К ним относятся в том числе магнитно-резонансная томография и двухфотонная лазерная микроскопия, которые позволяют наблюдать за перемещением жидкостей и веществ в живых тканях в реальном времени. О магнитно-резонансной томографии в изучении мозга «Химия и жизнь» уже писала (см.: Елена Клещенко «Библиотека мозга» , 2012, №12). Суть двухфотонной лазерной микроскопии заключается в том, что в мозг вводят краситель, флуоресценцию которого периодически возбуждают двумя фотонами, энергия каждого из которых меньше энергии, необходимой для возбуждения флуоресценции. Молекула засветится лишь в том случае, если в нее попадут оба фотона, а произойти это может только в фокусной плоскости микроскопа. Метод позволяет получить четкое изображение тканей на глубину до нескольких сотен микрон, и можно без помех наблюдать за распространением светящейся жидкости.

Правда, чтобы исследовать таким образом мозг лабораторного животного, приходится проделывать в черепе окошечко для освещения флуоресцентных молекул. Но ничего, делают, потом закрывают его специальным стеклом, вживляют электроды и канюли для введения красителя, и грызуны живут со всем этим оборудованием в голове, а время от времени их помещают на часок на столик микроскопа и наблюдают.

В результате подобных экспериментов специалисты Медицинского центра Рочестерского университета (США) под руководством Мейкен Нейдегаард обнаружили «глимфатическую» систему - специфические каналы для течения спинномозговой жидкости (Science Translational Medicine , 2012, 4, 147ra111, DOI:10.1126/scitranslmed.3003748). Исследователи предположили, что система служит для очистки мозга от вредных веществ, которые накапливаются в межклеточном пространстве в результате обменных процессов.

Что такое лимфатическая система, знают все. Лимфа вбирает в себя вредные продукты метаболизма тканей из межклеточной жидкости; ее сосуды открываются в вены, по которым все собранные «отходы» попадают в печень и почки и выводятся из организма. Чем активнее происходит в ткани обмен веществ, тем лучше в ней развита лимфатическая сеть. Но в мозге лимфатических сосудов нет, меж тем его метаболическая активность очень высока, а нейроны и глия чувствительны к внешним воздействиям. Именно с накоплением продуктов клеточной жизнедеятельности связывают развитие нейродегенеративных заболеваний, таких, как болезнь Альцгеймера. По мнению специалистов, основная часть патогенных белков разрушается внутри клеток мозга, однако много вредных молекул оказывается в межклеточном пространстве, и от них тоже надо избавляться. Роль очищающего раствора могла бы играть спинномозговая жидкость (СМЖ). Она высачивается из сосудистого сплетения, протекает через желудочки мозга, омывает его поверхность и снова возвращается в кровоток. Но сквозь толщу мозговой ткани ей пройти трудно, поскольку специальных сосудов для нее там нет, а диффузия идет очень медленно. Оказалось, однако, что специальный скоростной путь для СМЖ все-таки существует (рис. 1).

Спинномозговая жидкость поступает в мозг из субарахноидального пространства - полости между двумя мозговыми оболочками - и движется вдоль артерий. Сосуды окружены отростками глиальных клеток астроцитов, образующими вокруг артерий сеть подобно тому, как ветви тенистой аллеи смыкаются над дорогой. На мембранах этих выростов расположены белки аквапорины (AQP4), которые быстро пропускают в клетки молекулы воды. Через эти поры СМЖ попадает в клетку и движется от астроцита к астроциту, обмениваясь по дороге молекулами с межклеточной жидкостью. В конце концов этот «мусорный» поток достигает сосудов венозной системы и, двигаясь вдоль них, попадает в лимфатические сосуды шеи, а оттуда в печень, где отходы мозговой деятельности постигает общая участь. Поскольку отсутствие гена AQP4 у генетически модифицированных мышей на 65% ухудшает вымывание бета-амилоидов из межклеточной жидкости, исследователи предположили, что именно течение СМЖ обеспечивает очистку мозга от лишних продуктов клеточной активности. С помощью магнитно-резонансной томографии они показали, что таким путем покидают мозг от 40 до 80% крупных белков.

Эту систему исследователи назвали глимфатической за ее зависимость от аквапоринов глиальных клеток и за очищающую функцию, которая роднит ток СМЖ с лимфатической системой периферических тканей. Благодаря глимфатической системе нет необходимости организовывать в мозге отдельную мусоросжигающую фабрику, отходы его жизнедеятельности поступают в общий центр утилизации.

Специалисты нередко связывают очистку мозга со сном. Некоторые белки, присутствующие в межклеточном пространстве ЦНС и подлежащие удалению, в частности бета-амилоиды, тау-белки и синуклеины, вызывают нейродегенеративные расстройства, которые возникают в том числе и при нарушениях сна. Известно, что эти вредные вещества накапливаются во время бодрствования, у спящих людей и животных их межклеточная концентрация меньше, а при бессоннице особенно высока. Возможно, бессонница связана с повышенным уровнем бета-амилоидов. Мейкен Нейдегаард и ее сотрудники проверили альтернативную гипотезу, согласно которой очистка от бета-амилоидов более эффективно происходит во время сна и глимфатические процессы находятся под контролем цикла «сон-бодрствование» (Science , 2013, 342, 373–377, DOI:10.1126/science.1241224).

Исследования глимфатической системы проводили на анестезированных мышах. Удобно, когда животное на столике микроскопа мирно спит. Но теперь ученые наблюдали мышей в трех состояниях: бодрствующих, спящих естественным сном и усыпленных смесью кетамина и ксилазина. Эксперимент организовали так, чтобы наблюдать течение СМЖ в двух разных состояниях активности мозга у одной и той же мыши. Поскольку предстояло работать с бодрствующими животными, их заранее приучили к лежанию на столике микроскопа, а объем и скорость введения красителей подобрали такие, чтобы не повлиять на поведение грызунов. Состояние сна или бодрствования мыши во время эксперимента постоянно контролировали с помощью ЭЭГ и электромиографии, которая определяла тонус шейной мышцы (во сне она расслаблена). Далее, когда мы будем говорить о сне, имеется в виду его медленная фаза.

Значительную часть дня мыши спят. Около полудня спящему грызуну вводили в большую цистерну мозга краситель флуоресцеин-изотиоцианат, ФИТЦ, обладающий сильной желто-зеленой флуоресценцией, и в течение получаса наблюдали за его прохождением по мозгу с помощью двухфотонного лазерного микроскопа. Затем мышь будили, бережно коснувшись рукой хвоста, и повторно вводили другой краситель такого же молекулярного веса - техасский красный (рис. 2). Оказалось, что при бодрствовании поток спинномозговой жидкости сокращается примерно на 95%. Ученые повторили эксперименты с другой группой мышей. На сей раз они начали вечером, когда мыши бодрствовали, и во все время наблюдения трогали зверя за хвостик, чтобы он не заснул в неподвижности. Судя по распределению ФИТЦ, спинномозговая жидкость медленно омывала поверхность коры, практически не проникая вглубь. Спустя полчаса животных усыпили, ввели другой краситель, и он устремился вглубь мозга с такой же скоростью, что и при естественном сне.

Рис. 2. В бодрствующем мозге (справа ) окрашенная спинномозговая жидкость движется вдоль кровеносных сосудов. В спящем (слева ) она просачивается на значительную глубину. Фото L. Xie, H. Kang and M. Nedergaard с сайта www.sciencenews.org" border="0">

Почему у мышей, спящих не важно по какой причине, резко возрастает ток СМЖ? В бодрствующем мозге давление крови и пульсация артерий сильнее, чем в спящем, поэтому разница в скоростях не может быть связана с пульсацией сосудов. Другое объяснение заключается в том, что во сне расширяется межклеточное пространство и жидкость по нему циркулирует свободнее. Активность нейронов сопровождается увеличением концентрации внеклеточных ионов калия, клетки из-за этого набухают, а пространство между ними сокращается. Эксперименты подтвердили, что у бодрствующих мышей объем межклеточного пространства составляет 3–15%, а у спящих 22–24%, то есть разница превышает 60%. Когда животные не спят, ткань мозга сопротивляется потоку жидкости и затрудняет ее движения, а следовательно, и удаление вредных молекул. И действительно, меченые бета-амилоиды, введенные в кору мозга, во время сна покидают ее почти в два раза быстрее, чем при бодрствовании.

Поскольку на величину глимфатического потока влияет не только естественный сон, но и анестезия, она должна быть связана не с циркадными ритмами, а скорее с состоянием «сон-бодрствование». Возможно, изменение объема межклеточного пространства регулируют нейромедиаторы, вызывающие возбуждение. Первым кандидатом на эту роль стал норадреналин, который ответствен за пробуждение коры, а также регулирует активность мембранного транспорта и работу каналов, отвечающих за объем клеток, в периферийных тканях, таких, как почки и сердце.

Исследователи ввели бодрствующим мышам смесь антагонистов к норадреналиновым рецепторам. Антагонисты связываются с рецепторами, и норадреналину сесть уже некуда, поэтому клетки его сигналы не воспринимают. В этих условиях поток СМЖ возрос до уровня, сравнимого с таковым у спящих животных, а объем межклеточного пространства увеличился с 14,3 до 22,6%. Ученые полагают, что норадреналин стимулирует нейронную активность, которая, в свою очередь, влияет на объем межклеточного пространства. Чтобы выяснить в деталях механизм расширения межклеточного пространства во сне, при анестезии или блокаде норадреналиновых рецепторов, еще нужны эксперименты.

Как эта гипотеза объясняет засыпание? Поскольку очистка мозга происходит в режиме «сон», логично предположить, что в это состояние он переходит, когда в нем накапливаются вредные метаболиты. Еще в конце 1990-х годов финская исследовательница Тарья Поркка-Хейсканен, с недавнего времени Стенберг, и ее коллеги из Гарвардской медицинской школы предположили, что переключателем служит аденозин - метаболит нейральной и глиальной активности. Его концентрация в бодрствующем мозге выше, чем в спящем, а при искусственном нарушении сна еще выше. Но стоит заснуть, и она быстро падает. Работа исследователей из Медицинского центра Рочестера объясняет, почему возможно быстрое восстановление: из-за мощного потока СМЖ.

Итак, в период бодрствования в мозге накапливаются вещества, которые необходимо своевременно удалять. Понятно, что уборкой удобнее заниматься, когда никого нет дома. И вот мозг минимизирует активность нейронов и включает проточную систему очистки на полную мощность. Даже кратковременного сна бывает достаточно, чтобы «промыть мозги».

Однако есть и другая теория, согласно которой во сне активность мозга не уменьшается, а переключается на другие объекты.

Висцеральное бессознательное

Во время бодрствования наш мозг занят анализом сигналов, поступающих из внешней среды, и реакцией на эти сигналы. Но есть еще и внутренние органы. Днем они действуют в автоматическом режиме: животное дышит, его сердце бьется, кишечник и желудок сокращаются, пищеварительные железы выделяют ферменты. Однако и эти функции нуждаются в периодическом контроле мозга. Доктор биологических наук И. Н. Пигарёв, ведущий научный сотрудник Института проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН, предлагает висцеральную гипотезу сна, согласно которой нейроны спящего мозга перестают реагировать на внешние сигналы, чтобы переключиться на анализ информации от внутренних (висцеральных) органов (, 2013, 63, 1, 86–104, DOI:10.7868/S0044467713010115).

Не случайно животные и люди выбирают для сна мягкие, темные и тихие места, где их не беспокоят шум, свет и горошина под периной. Во время висцерального обследования мозг не должен отвлекаться на сигналы от внешних рецепторов в кору, он на них не реагирует. Мышцы во время сна расслаблены, спящий вял и неконтактен, однако нейроны его коры при этом активны.

Согласно классическим представлениям, кора разделена на специализированные зоны: зрительные, слуховые, двигательные. И трудно представить, чтобы нейроны, ответственные за обработку зрительных сигналов, анализировали также информацию, поступающую из кишечника. Чтобы проверить это предположение, автор гипотезы сравнил реакцию одних и тех же отделов коры на разные стимулы во время сна и бодрствования. Оказалось, что нейроны коры кошки, которые при бодрствовании отвечали на зрительные сигналы или контролировали движения передних лап, в период медленного сна реагируют на электрическую стимуляцию желудочно-кишечного тракта, причем эта стимуляция не будит кошку, а делает ее сон более глубоким. Сразу после пробуждения и зрительные, и соматосенсорные нейроны возвращались к своим первоначальным функциям, не отвечая больше на висцеральные сигналы. Аналогичным образом вели себя нейроны зрительной коры обезьяны, а также зрительной и соматосенсорной коры кроликов.

Значительная доля знаний о функциональной организации нервной системы была получена именно с помощью метода электрической стимуляции, поэтому сведения, добытые таким способом, можно считать вполне достоверными. Однако современные технологии позволяют исследовать активность нейронов, не прибегая к искусственным стимулам. К исследованию подключились специалисты лаборатории кортиковисцеральной физиологии Института физиологии им. И. П. Павлова и вживили кошкам в гладкомышечные стенки желудка и двенадцатиперстной кишки регистрирующие электроды, позволяющие записывать естественную миоэлектрическую активность этих органов. Полученные данные сопоставили с активностью нейронов коры. Оказалось, что в состоянии бодрствования исследованные нейроны на сокращения желудочно-кишечного тракта не откликаются. Зато в периоды медленного сна электрические импульсы значительной части нервных клеток коры совпадают по времени с миоэлектрической активностью, вызванной сокращениями желудка и двенадцатиперстной кишки. При этом они реагируют на заполнение кишечника. Когда кошкам через фистулы непосредственно в желудок вводили воду, сон животных был более глубоким и длительным, и активность нейронов коры отличалась от той, которую регистрировали у спящих кошек на пустой желудок.

Все доказательства того, что корковые нейроны анализируют сигналы от внутренних органов, были получены в период медленного сна. Однако он чередуется с быстрым, более глубоким, чем медленный. По мнению Ивана Николаевича Пигарёва, мозг занимается обработкой висцеральной информации и в медленном, и в быстром сне. Во время медленной фазы он анализирует деятельность ритмично работающих органов пищеварения, дыхания и сердца. Их ритмическая активность в результате интерференции определяет медленные волны корковой ЭЭГ. Затем сканирование переходит к органам, не имеющим очевидной ритмики: печени, почкам, сосудистой системе, мышцам и сухожилиям. Наконец мозг должен и сам себя обследовать. Так что сон можно рассматривать как единый процесс анализа всех висцеральных систем организма.

Упрощенная схема работы мозга в режиме «сон-бодрствование» представлена на рис. 3. В период бодрствования нейроны коры заняты анализом внешних сигналов, пути, по которым поступает информация от внутренних органов, заблокированы, а внутренние органы работают под контролем автономной нервной системы. Но со временем эта система перестает справляться с ситуацией, и появляется необходимость в контроле со стороны коры. Висцеральные органы постоянно сравнивают свое состояние с эталонным и посылают сигналы о несоответствии на специальные нейроны, откуда они поступают в мозг. Мозг воспринимает их как чувство усталости, и организм старается заснуть. Во сне у коры появляется возможность перераспределить информационные потоки: отключить внешние каналы и сосредоточиться на связи с внутренними органами. Когда все висцеральные параметры приведены в норму, мозг переключается в режим бодрствования, и спящий пробуждается.

На рисунке эта схема выглядит достаточно просто, но ее реализация не всегда идеальна, потому что в роли переключателей выступают химические синапсы, работа которых зависит от многих условий, в том числе от предыдущей активности нейронов. В результате в переключении информационных потоков возникают сбои, которые могут привести к неприятным последствиям. Например, если на двигательные отделы коры, которые еще не отключились от мотонейронов спинного мозга, начнут поступать сигналы от внутренних органов, они вызовут сокращения мышц, например движения конечностей, которые будят засыпающего человека. Такое нарушение хорошо известно как синдром беспокойных ног, но от него есть лекарства. Они позволяют углубить сон в период засыпания, и этого достаточно, чтобы предотвратить возникновение бесконтрольных движений. Когда человек заснет, сигналы от внутренних органов перестанут поступать в спинной мозг и вызывать беспокойство.

Возможно, что сигналы висцеральной системы попадают из коры в еще не полностью отключенный или преждевременно пробуждающийся блок сознания. Сознание - это функция бодрствования, во сне и под наркозом оно отключается. Какие именно нейроны за него отвечают, пока можно лишь предполагать, но ясно, что внутренние органы в сознании не представлены. Их активность сознание воспринимает как шум, а шум прежде всего возбуждает нейроны, имеющие самые низкие пороги ответа, то есть те, которые недавно работали. Вероятно, именно благодаря внеурочной активности этих нейронов мы видим сны, предметом которых становятся события, занимавшие нас в состоянии бодрствования. Смотреть сны интересно, но, если блокировка сознания во время сна нарушена серьезно, человек страдает от ночных кошмаров.

В случае несинхронного включения разных систем, когда сознание уже проснулось, а моторная зона еще спит, человек, пробудившись, некоторое время не может пошевелиться (паралич сна). Обратная ситуация, при которой зона поведения и двигательной активности проснулись, а сознание еще заблокировано, порождает сомнамбулизм. Человек ходит с открытыми глазами, его движения осмысленны и хорошо скоординированы, потом он засыпает, а проснувшись, совершенно не помнит, что перепрятал Лунный камень.

Как эта гипотеза объясняет засыпание? В бодрствующем организме внутренние органы работают под местным контролем автономной нервной системы. Однако эта система не может самостоятельно решать все возникающие проблемы, и постепенно текущие параметры работы внутренних органов отклоняются от генетически заданных норм. Это рассогласование будет вызывать ощущение усталости или давление сна. Если окружающая обстановка допускает переход ко сну, животное или человек отдастся Морфею при первых признаках усталости, а корковые зоны будут анализировать причины возникших проблем и искать пути их устранения. Если же условия неблагоприятные - шумно, тревожно, неотложные дела, - организм борется со сном. В такой ситуации велика вероятность, что отдельные зоны коры все-таки заснут при сохранении внешне бодрого состояния организма (Neu-roreport . 1997, 8, 11, 2557–2560). При этом ни сам человек, ни окружающие его люди не замечают, что часть мозга отключилась от обслуживания поведения. Если выполняемая при этом работа несложна, возникновение локального сна может пройти безболезненно. Но в тех случаях, когда человек занят важным делом, связанным с принятием сложных и быстрых решений, локальный сон приведет к драматическим последствиям. Видимо, именно локальный сон становится причиной техногенных катастроф, дорожных происшествий и медицинских ошибок, вероятность которых возрастает в ночное время.

Положения висцеральной гипотезы сна подтверждают многочисленные эксперименты, проведенные за последние двадцать лет на кошках, обезьянах и кроликах.

Но есть и другие предположения о том, зачем нужен сон, не менее убедительные.

Холодная голова

Доктор физико-математических наук Д. П. Харакоз, много лет проработавший в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН, предложил фазово-переходную концепцию, согласно которой во сне происходит очистка пресинаптической мембраны путем ее перекристаллизации - перехода из жидкого состояния в твердое и обратно (Журнал высшей нервной деятельности , 2013, 63, 1, 113–124, DOI:10.7868/S0044467713010061). К сожалению, из-за безвременной кончины автор гипотезы не успел ее проверить.

Итак, синапс. В данном случае мы говорим о контактах между нейронами, через которые передается возбуждение. Нейрон синтезирует нейромедиатор, который в мембранных пузырьках везикулах движется к клеточной пресинаптической мембране. Когда нейрон возбужден, в него входят ионы кальция, под их влиянием происходит конформационная перестройка расположенного на пресинаптической мембране особого белкового SNARE-комплекса (см. в «Химии и жизни», 2013, №11). Она завершается слиянием везикулярной и цитоплазматической мембран и образованием поры, через которую нейромедиатор выходит в синаптическую щель. Весь процесс занимает менее 0,1 мс. По расчетам автора гипотезы, такая скорость высвобождения нейромедиатора возможна лишь в том случае, если фосфолипидная пресинаптическая мембрана в зоне поры отвердеет: составляющие ее липидные молекулы замирают «по стойке смирно», тесно прижавшись друг к другу, и мембрана становится практически несжимаемой. При этом площадь ее поверхности сокращается на 20–25%, что и служит причиной разрыва и слияния мембран и высвобождения нейромедиатора. Переход жидкой мембраны в твердую фазу вызывают ионы кальция, а благодаря SNARE-комплексу разрыв пресинаптической мембраны происходит не в произвольном месте, а в точке ее контакта с везикулой.

В теплокровном организме узкий диапазон температур. В таких условиях переход жидкой мембраны в твердую фазу и обратно возможен лишь при определенном липидном составе, но в ходе работы мембрана по разным причинам загрязняется посторонними липидами. Следовательно, должен существовать механизм ее очистки в активной зоне синапса.

По мнению Дмитрия Петровича Харакоза, организм использует для восстановления состава мембраны перекристаллизацию: простой, эффективный и неспецифический метод очистки, при котором чистое вещество уходит в твердую фазу, а примеси концентрируются в жидком состоянии и удаляются. Механизм удаления примесей автор не описывает. Но для перекристаллизации нужно понизить температуру ниже точки отвердевания мембраны.

Возможности для перекристаллизации мембран в организме есть. Они весьма чувствительны к внешним воздействиям и отвердевают при небольшом охлаждении. Организм теплокровных очень эффективно регулирует температуру. Нагревание происходит в результате метаболических процессов в разных тканях, а охлаждение - через дыхательные пути и кожные покровы, особенно уши, конечности и хвост, у кого он есть. Отвечает за терморегуляцию гипоталамус. Мозг питают каротидные артерии и вертебральные, температура крови в которых выше, чем в каротидных. Изменяя просветы этих двух видов артерий, организм может переключать температуру мозга при смене фаз сна. Многочисленные эксперименты свидетельствуют, что изменения температуры мозга не случайны. У крыс она всегда возрастает в ответ на внешние раздражители: боль, социальный контакт с другой особью, сексуальное возбуждение. Причем температура каждого отдела мозга в ответ на разные стимулы повышается до одного определенного значения, как будто стремится именно к нему. Например, для прилежащего ядра мозга крыс эта температура составляет 38,5°С. А в фазе медленного сна происходит охлаждение на величину от нескольких десятых долей градуса до нескольких градусов в разных отделах мозга у разных животных. Очевидно, температура мозга меняется не пассивно, а регулирует активность нервной ткани. Не зря о человеке, трезво мыслящем, говорят, что у него холодная голова.

Если перекристаллизация мембран происходит в фазе медленного сна, очевидно, что синапс в это время работать не может: передача сигнала происходит, когда ионы кальция индуцируют отвердение жидкой мембраны, а если она и так уже находится в твердом состоянии, нейрон не среагирует на полученный сигнал и не сможет передать его дальше. Но, как отмечает исследователь, не все функции мозга нуждаются в предельно высокой скорости передачи сигнала, поэтому не все синапсы должны работать по фазово-переходному механизму и отключаться на профилактическую перекристаллизацию.

Для эффективной перекристаллизации мембраны очень важно чередование медленного и быстрого сна, сопряженного с чередованием пониженной и повышенной температуры. В прохладном медленном сне запускается «перекристаллизация» и удаляется часть материала, оставшегося в жидком состоянии и содержащего примеси. Потерянный материал необходимо восполнить, и сделать это можно в фазе быстрого сна, когда мембрана снова становится жидкой и способной «впитать» недостающие компоненты. Однако исследователь не исключает, что медленный сон для восстановления обязателен, а более теплый быстрый играет вспомогательную роль, в которой его может заменить бодрствование. Этот вопрос требует отдельного рассмотрения.

Как эта гипотеза объясняет засыпание? Температура тела (и мозга) подчиняется циркадному ритму, и, когда она понижается, хочется спать. Охлаждение мозга не просто связано с засыпанием, а стимулирует его. Вероятно, на этом основан известный многим бытовой способ борьбы с бессонницей: надо хорошенько замерзнуть. Народный метод подтверждают научные данные. На 23-й ежегодной конференции сомнологических обществ в 2009 году американский психиатр Эрик Нофзингер рассказал о том, что охлаждение черепа в области фронтальной коры с помощью специальной шапочки заметно ускоряет засыпание и улучшает качество сна.

Однако многие люди крепко засыпают после теплой ванны, и медикам этот эффект хорошо известен. Возможно, дело в том, что нагревание приводит к расширению сосудов рук и ног, представляющих собой эффективные теплообменники. Когда человек выходит из ванны, расширенные сосуды его конечностей усиленно отдают тепло и охлаждают тело.

Есть и другое объяснение. У кенгуровых крыс локальное нагревание области гипотоламуса увеличивает продолжительность медленной фазы сна. Возможно, дело в том, что перегретый гипоталамус включает дополнительную систему охлаждения мозга. Если этот механизм справедлив и для человека и кровь, проходящая через вертебральные артерии из нагретого тела в мозг, преимущественно поступает в область гипоталамуса, с ним происходит то же, что и сумчатой крысой: гипоталамус включает систему охлаждения, что вызывает сон, точнее, его медленноволновую фазу.

Дмитрий Петрович Харакоз полагал, что любая гипотеза, объясняющая назначение сна, должна отвечать на вопрос, почему эта функция несовместима с состоянием бодрствования. Почему мозг не выделил особый участок для постоянного контроля за висцеральной системой и только отрешившись от мира может анализировать работу кишечника, почему глимфатическая система не в состоянии интенсивно орошать мозг круглые сутки? Не исключено, что у мозга столько функций, что он одновременно их не вмещает и вынужден разделять на дневные и ночные. Или у сна не одна причина, а несколько. Со временем мы все узнаем. Может быть, ответ придет кому-то во сне.

Редакция благодарит доктора биологических наук
И. Н. Пигарёва за помощь в подготовке материала

Мозг человека в период сна не прекращает свою функцию ни на секунду. В то время как весь организм отдыхает, его деятельность продолжается. Пока человек спит, восстанавливается энергия, очищается память от ненужной информации и организм от токсинов. Чтобы понять, отдыхает ли мозг во время сна, какие процессы случаются с ним, была создана электроэнцефалограмма, которая выявляет точную информацию о работе тела. Актуальной темой сегодня является, какая часть мозга отвечает за сон. Сведения представлены неполные, хотя и способны объяснить отдельные важные моменты, которые происходят ночью во сне.

Работа мозга по циклам

Ранее считали, что когда человек спит, мозговая активность понемногу понижается, а затем и совсем приостанавливает свою работу. При возникновении ЭЭГ эта теория была оспорена. Как оказалось, мозг во время сна вообще не спит, а осуществляет огромный труд, чтобы подготовить организм к предстоящему дню.

В период отдыха, работа органа проявляется по-разному, все зависит от того, в каком цикле проходит сон.

Медленная фаза сновидений

Когда человек засыпает, колебания нейронов в сером веществе медленно затухают, происходит максимальное расслабление всех мышц, биение сердца становится медленным, понижается давление и температура.

Отдел мозга, отвечающий за углубление в сновидения – гипоталамус. В нем присутствуют нервные клетки, тормозящие производство нейротрансмиттеров, являющиеся химическими проводниками, которые отвечают за рокировку толчков между нейронами.

Работа органа в быстрой фазе

В период быстроволнового сновидения возбужденность таламуса происходит благодаря холинергическим рецепторам, посыл в которых происходит при помощи ацетилхолина. Данные клетки располагаются в среднем ядре органа и верхнем участке варолиева моста. Их стремительная деятельность приводит к появлению всплеска колыханий нейронов. Серым веществом во сне на этом цикле выполняется практически та же деятельность, как и при бодрствовании.

Трансмиттеры моноамины, направляемые из верхней доли ствола в кору головного мозга, не ощущают подобной энергичности. В результате поставка материала от таламуса в кору осуществляется, хотя человек ее принимает как сновидения.

Какой участок мозга отвечает за сновидения

Такой феномен, как ночной отдых, достаточно давно вызывает интерес у многих ученых. Ранее такими известными философами, как Гиппократ и Аристоталь, также предпринимались попытки в познании сновидений. В 20 столетии российскими учеными Бехтеревым и Павловым были проведены исследования по этой теме. Также ученых интересовал участок серого вещества, который отвечал за сновидения.

Сегодня в центральном отделе нервной системы человека определена зона ответственная за бодрствование и отдых. Этот участок называют ретикулярной формацией ведущего ядра мозгового ствола, который представляет паутину множества нервных клеток, охваченную волокнам, проходящими от чувствительных основ органа.

В данном месте присутствует 3 вида нервных клеток, вызывающих разные биологические действующие элементы. Одним из них является серотонин. По мнению ученых, он осуществляет перемены в органе, вызывающих сновидения.

Многочисленные разработки показали, что при остановке производства серотонина возникает бессонница хронической формы. Так, был выявлен факт, что ретикулярная формация, являющаяся зоной центра, способна отвечать, как за ночной отдых, так просыпание. Притом что механизм, который вызывает поднятие, может преобладать над структурой, отвечающей за вызов сна.

Исследования Балкина и Брауна

Сновидения, похоже, относятся к интересному явлению, что случается с человеком при ночном отдыхе. Цель исследований, которые проводили Балкин и Браун – установить зону в мозге, где в период сновидений возникает наибольшая функциональность.

Чтобы определить, что происходит с мозгом и интенсивность его кровотока, учеными была использована позитронно-эмиссионная томография. В период бодрствования работает префрантальная кора органа, а когда человек спит – активна лимбическая система, которая контролирует чувства, эмоции, память.

Разработки Брауна и Балкина также показывают, что главная зрительная зона коры мозга не работает во время сна. При этом действует экстрастриальная кора центрального отдела, являющаяся визуальной областью органа, способная обрабатывать информацию о сложных объектах (лица).

Исследования из Вискинского университета

Учеными при исследовании была идентифицирована область серого вещества, отвечающая за сновидения. В опыте участвовало 46 добровольцев. В период отдыха испытуемым отмечали электрические волны мозга лабораторным путем. Использовалась электроэнцефалография, чтобы изолировать области нервных клеток, взаимосвязанные с видениями, независимо от цикла.

Людей поднимали время от времени и спрашивали, что они видели, когда спали. Предоставленную информацию сопоставляли с электрической работой органа.

В последствие, по данным ЭЭГ было выявлено, что в период сна происходит понижение низкочастотной работы в отдельной задней части коры органа, которое связано с появлением видений. А когда возникало возрастание активности, то ничего не снилось.

Когда испытуемые рассказывали, что им сниться, нейронные зоны все время активировались и наоборот инактировались при докладе об отсутствии сна. И свободно от обычных преобладаний отдыха, присутствовали в задней горячей зоне, которая состоит:

• из затылочной коры;
• прекунеуса;
• задней поясной извилины.

Ведя наблюдения, как работает этот участок, учеными было предсказано, что участник эксперимента расскажет о видениях, когда проснется. На основании этого ученые сделали вывод, что эти области органа отвечают за регуляцию сна человека.

Как отключить мозг перед сном

Многим знакома такая проблема, что как только следует ложиться отдыхать, в голову начинают рваться мысли. Если не успокоить мозг, и каждый вечер претерпевать подобное состояние, то ежедневно будет нарушаться самочувствие.

Существуют методы, чтобы отключить мозг перед сном.

1. Понимать о необходимости отдыха ночью. Недостаточный сон способен вызвать много заболеваний, тревожность.
2. Следовать регулярного графика. Засыпать и подниматься по одному и тому же времени.
3. Отключить голову перед сном поможет ежедневный ритуал, например, по прочтению книги, но не в постели.
4. Делать записи нерешенных проблем и забот в течение дня.
5. Использовать кровать только для сновидений.
6. Создать приемлемую среду. Тишина, отсутствие света помогут расслабить орган.
7. Делать умственные упражнения, которые помогут выключить разум.

Если бессонница не перестала беспокоить, нужно обратиться к доктору.

Как зарядить мозг после сна на работу

Большинство никогда не думали о том, почему отдельная группа людей гиперактивна утром, а другие тратят много времени, чтобы войти в естественное рабочее русло. Разница в том, что первые начинают стимуляцию серого вещества рано.

Как разбудить мозг с утра и ощущать бодрость, существует много приемов.

• принять прохладный душ;
• начать утро с энергичной мелодии;
• заставить работать разум поможет чтение за утренним кофе;
• медитировать;
• пить витамины;
• делать физупражнения;
• плотно завтракать;
• заводить будильник, чтобы разбудить мозг.

Человеческий мозг – структура уникальная. Ранее предполагалось, что в период сновидений он отключается полностью. В ходе исследований выявлено, что эта гипотеза не имеет оснований, а, следовательно, исключается из фактов. Когда человек спит, происходит активация нейронных связей, отвечающих за функциональность организма в целом.