Почему мы спим.

Зачем мы спим? Мы спим каждый день с самого рождения, не задумываясь над этим вопросом?

Ученым еще предстоит создать единую теорию сна, ведь сон действительно на данный момент - темное пятно в области научных исследований. Только в 20-м веке ученые обнаружили, что человеческий мозг проявляет во время сна активность. До этого он считался бессмысленным для области научных исследований сна.

В этой статье мы откроем некоторые основные факты о сне, знать о которых полезно каждому.

Циклы сна

Сон человека (как и всех млекопитающих и птиц) состоит из двух фаз:

• REM-сон (от англ. Rapid Eye Movement - быстрое движение глаз ) - быстрый сон
• Медленный сон (NREM)

Каждый из этапов обладает своими физиологическими, неврологическими и психологическими особенностями. В течение всего сна фазы циклически сменяют друг друга.

В конце 1960-х годов ученыt Рехтшаффен и Калес выделили основной цикл, отражающий различные уровни сознания. Она выглядит так:

Полный цикл длится примерно от 90 до 110 минут. Так за время восьмичасового сна происходит примерно пять таких циклов.

Из графика видно, что преобладает фаза медленного сна. REM-сон длится только около 10 минут в конце цикла. Однако, NREM-фазы некоторых циклов (обычно ближе к концу сна) получаются короче и REM-сон увеличивается.

Обычно человек видит сны в стадии REM-сна, хотя иногда сны снятся и в стадии медленного сна. Теперь взглянем на характеристики нормального цикла сна:

СТАДИЯ 1 NREM (чуткий сон): Происходит снижение активности головного мозга от частоты альфа-волн бодрствования (8 - 13 Гц) до дремотных тэта-волн (4 - 7 Гц). Снижается мышечный тонус. В этой стадии могут интуитивно появляться идеи, способствующие успешному решению той или иной проблемы.

СТАДИЯ 2 NREM (чуткий сон): На этой стадии появляются так называемые «сонные веретёна» - сигма-ритм, представляющий собой учащенный альфа-ритм (12 - 16 Гц) и K-комплексов. Происходит отключение сознания. В паузы между веретёнами (возникают 2—5 раз в мин) человека легко разбудить.

СТАДИЯ 3 NREM (медленный сон): Мозговая активность снижается до дельта-волн (0,5 - 4 Гц) - самая низкая частота глубокого сна. Характеризуется всеми чертами второй стадии, в том числе наличием «сонных веретён», к которым добавляются медленные высокоамплитудные дельта-волны.

СТАДИЯ 4 NREM (медленный сон): Самый глубокий сон. Третью и четвёртую стадии часто объединяют под названием дельта-сна . В это время человека разбудить очень сложно; возникают 80 % сновидений и именно на этой стадии возможны приступы лунатизма и ночные кошмары.

REM-сон: Активность мозга повышается до частоты бодрствования бета-волн (12 Гц). В эту стадию человек находится в полной неподвижности вследствие резкого падения мышечного тонуса. Наблюдается быстрое движение глазных яблок. Именно в стадии REM-сна человек видит самые яркие сны.

Циркадные ритмы

Цикличность сна человека контролируется циркадными часами. Эти внутренние биологически часы человеческий мозг использует для контроля температуры тела и высвобождения некоторых химических веществ (нейротрансмиттеров) в нужное время.

Ближе к ночному времени мозг дает сигнал, вызывающий синтез и выделение в кровоток вызывающего сон нейрогормона мелатонина и человек начинает ощущать сонливость, температура тела падает. Аналогично, в первой половине дня мозг вырабатывает нейротрансмиттеры, вызывающие пробуждение.

Функции сна

Мы рассмотрели циклы сна. Теперь перейдем к его функциям. Почему мы спим, расходуя на сон треть нашей жизни?

Сон - естественное состояние всех млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий и рыб. Но различия в продолжительности сна - ошеломляющие:

Эти различия породили несколько эволюционных теорий сна. Одна из теорий состоит в том, что животные, которые являются низшими в пищевой цепочке, спят меньше - потому что они более подвержены нападениям. Есть противоположная теория, говорящая о том, что сон защищает от хищников, так как во время сна мы прячемся в укромном месте.

Однако обе теории имеют пробелы. Если долго бодрствовать, наш организм в конечном итоге заставит нас восстановить силы во сне - даже под угрозой нападения со стороны хищников.

Функции сна:

1. ради отдыха: в течение всего дня мы активны. Эта активность требует большого количества энергии для работы иммунной и нервной систем, а также наших мышц и костей. Восполнить затраченную энергию мы можем во время еды и сна.

2. исцеление: во время сна происходит исцеление тела нашего тела. Опыты над крысами показали, что лишение сна замедляет заживление процесс ожогов.

3. обучение: сон улучшает организацию работы мозга - путем отбора важных воспоминаний и отбрасывания нежелательной информации. Было проведено исследование, в котором принимали участие 40 человек. Им было разрешено спать по 26 минут в течение суток. Затем они прошли тестирование, которое показало, что их память ухудшилась на 38% в течение четырех дней. Исследование показало, что лишение REM-сна значительно усложняет процесс запоминания и способность решать проблемы. Другие эксперименты над сном показали, что «процедурная память» (знание того, как нужно действовать) и "декларативная память" (знание фактов и событий) зависят от REM-сна.

Так же существует предположение, что сон необходим человеку из-за сновидений. Иначе, почему же мы видим сны, если они бесполезны? Найдет ли подтверждение эта теория - покажет время.

Треть своей жизни мы спим. При этом мы не достигаем карьерных вершин и пребываем в беззащитном состоянии. С позиции жизненных амбиций, сон – занятие бесполезное, однако нет ни одного человека, который бы не спал.

Когда появился сон?

Долгое время считалось, что спят только беспозвоночные, однако последние исследования, проводившиеся в научном сообществе, доказали, что спят даже раки и пчелы. Cегодня ученые уже не сомневаются, что сон как эволюционный механизм появился очень давно, примерно 600 миллионов лет назад. По мнению доктора Гуилио Тонони, психиатра из Висконсинского университета, сон возник как средство для отдыха нервных клеток после «тяжелого учебного дня».

Кровь к голове

До начала XX века серьезных исследований в области сомнологии не проводилось. В XIX веке среди физиологов была популярна теория, что человек засыпает тогда, когда у человека кровь отливает от головы, мозгу перестает хватать питания и в нем включаются процессы торможения.

Сторонником этой теории был французский физиолог Моссо. Он даже проводил опыты на кровати-качели. Через некоторое время после того, как человек засыпал в ней в горизонтальном положении, её изголовье приподнималось, что подтверждало теорию, однако потом напротив – поднималось изножье кровати, что теорию опровергало.

Более точными методами определения того, почему человек засыпает, в то время ученые ещё не обладали.

Свобода и «сонный яд»

По теории Фрейда, потребность во сне запрограммирована, и сон – это естественный механизм, который позволяет человеку уйти от внешнего мира в царство свободы, вернуться в «лоно матери». Также по Фрейду сон – способ усвоить приобретенную за день информацию и восстановить психическое равновесие.

Другие психологи, французы Лежандр и Пьерон, стали авторами более физиологичной теории потребности человека во сне. По их мнению, человек засыпает под влиянием гипнотоксина – «сонного яда», который накапливается в организме в течение дня, а во время сна нейтрализуется.

Лежандр и Пьерон проводили эксперименты на собаках. Собаке не давали спать. Когда животное в конце концов умирало от недосыпания, в его мозгу действительно находили изменения, похожие на следы отравления. Больше того, когда ученые переливали кровь невыспавшейся собаки собаке выспавшейся, вторая проявляла признаки сонного поведения и засыпала.

Несмотря на все усилия ученых выделить этот гипотетический «сонный яд», у них этого так и не получилось.

Электричество мозга

В 1937 году сомнология сделала большой шаг вперед: Альфред Лумнис впервые предложил классификацию стадий сна, основанную на показаниях электроэнцефалограммы.

Ученый выделил четыре фазы сна, и только в 1953 году американские ученые Натаниэл Клейтман и Юджин Азерински открыли пятую стадию сна, названную «быстрым» сном. Такое название эта фаза сна получила на основании наблюдений за спящим – глазные яблоки быстро двигаются под неприкрытыми веками, руки и ноги эпизодически подергиваются. При этом биоэлектрическая активность мозга сильно напоминает период бодрствования.

За время ночи проходит обычно 4-6 циклов сна, средняя продолжительность цикла у взрослых людей 90 минут, у детей – час.

Зачем же мы спим?

Несмотря на то, что во время сна организм как будто бездействует, он по-прежнему работает, в нем происходит масса изменений, как на биохимическом, так и на нейронном уровне.

Во время сна дыхание становится в 2-2,5 раза менее глубоким, замедляется сердечный ритм, уменьшается секреция гормонов стресса адреналина и кортизола, усиливается выработка соматотропного гормона и мелатонина.

В мозгу человека условно можно выделить 10 главных центров, отвечающих за сон и бодрствование (в пропорции 2/8). Центры сна содержат такие универсальные тормозящие вещества как гамма-аминомасляная кислота и пептид галанин.

Человек испытывает сонливость, когда центры сна начинают интенсивно работать, подавляя активность центров бодрствования, в том же время корковые нейроны мозга переходят на уровень электрической активности, свойственный для состояния медленной фазы сна.

Главную роль в переходе из состояния бодрствования в состояние медленного сна играет накопление медиатора усталости аденозина и гормона сна мелатонина, а также импульсация внутренних часов организма (супрахиазменных ядер).

Может ли человек не спать?

Не спать совсем человек, конечно, не может. Рекорд по бессонице на сегодняшний день принадлежит англичанке Морин Вестон, которая, участвуя в марафоне кречел-качалок, продержалась без сна 449 часов (почти 19 суток). Официально зарегистрированный рекорд, вошедший в Книгу рекордов Гиннеса (1965), принадлежит американскому студенту Рэнди Гарднеру. Он не спал 264 часа (11 суток). После этого он проспал 14 часов 40 минут, а гинессовский комитет отказался от продолжения подобных экспериментов, так как они небезопасны для здоровья.

Выскребенцев Дмитрий

Работа, несомненно, представляет большой интерес. Дмитрий подробно рассказывает о том, как спали дети в детском саду - одни засыпали быстро, едва прислонив голову к подушке, а другие долго капризничали, не хотели спать...Детсадовская группа перешла в школу. Дима провёл опрос среди учащихся класса и выяснил, кто сколько спит (в процентном отношении).

Затем он доказывает, что сон просто необходим не только человеку, но вообще всем живым существам.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное общеобразовательное учреждение – «Закутчанская

средняя общеобразовательная школа Вейделевского района

Белгородской области»

Исследовательская работа

на тему:

«Почему мы спим?»

Подготовил:

Выскребенцев Дмитрий,

Учащийся 4 класса.

Руководитель: Дорошенко Л.А.

2015

слайд 1

«Почему мы спим?»

слайд 2

Актуальность.

Когда я пошёл в детский садик, то меня удивило, что все дети спят по-разному. Одни капризничают, плачут, не хотят даже ложиться в постельку; другие засыпают, только лишь прислонив голову к подушке. И время сна тоже у всех разное.

Наша детсадовская группа перешла в 1 класс. И тут уже я решил расспросить ребят о том, кто сколько спит.

В нашем классе 15 человек - 8 мальчиков и 7 девочек. После передачи «Спокойной ночи, малыши!» идут в спальню 4 человека (26%). До 10 часов вечера продолжали бодрствовать 5 опрошенных (33%). В 23 часа засыпают остальные 6 человек (39%).

Загадка сна волновала людей всегда. Кажется странным, таинственным, что бодрый и полный сил человек с наступлением темноты закрывает глаза, неподвижно ложится и словно бы умирает до восхода солнца: ничего не видит, не чувствует опасности, не принимает участие в разговоре и не способен защитить себя.

Идея.

Именно поэтому мне захотелось узнать, почему же мы спим, существует ли признанная теория сна?

слайд 3

Цели .

Выяснить , почему мы спим, важен ли сон?

Изучить , кто как спит и сколько?

Доказать , что сон нужен организму, прежде всего, для поддержания жизнедеятельности.

Убедить , что длительное лишение сна может погубить живое существо.

Задачи .

Изучить литературу по теме;

установить , существует ли признанная теория сна;

исследовать , что происходит с нашим организмом во время сна.

слайд 4

Гипотезы .

Предположим, организм сам знает, когда нужно тормознуть…

Возможно , сон экономит калории…

Что, если свет и темнота по-разному действуют на организм…

Методы исследования.

Подумать самостоятельно;

изучить источники информации;

понаблюдать;

спросить у взрослых;

поиск в интернете.

Ожидаемый результат .

Эта работа поможет приблизиться к разгадке тайн сна.

слайд 5

Когда машина проходит какое-то количество километров, ее мотор подлежит обязательному осмотру в гараже. Где заменяются аккумуляторы, заливается масло, бензин в бак, вода в радиатор.

Что-то подобное, похожее на восстановительный ремонт, происходит с нашим организмом во время сна.

У машины есть одно большое преимущество: она может работать круглые сутки. Человеку необходимо через определенные промежутки времени восстановить уставшие органы и ткани своего тела: подремонтировать организм и избавиться от накопившихся в нем за день отходов жизнедеятельности. Все это делается во время сна.

слайд 6

Некоторые исследователи считают, что сам сон, как таковой, не важен для млекопитающих и птиц и является просто возможностью погрузить тело в спокойное и неподвижное состояние.

слайд 7

Однако до сих пор не найдено ни одного живого существа, которое бы бодрствовало всю жизнь.

слайд 8

В ходе исследования я выяснил – спят все : насекомые, рептилии, птицы, млекопитающие…

слайд 9

Но продолжительность сна у всех разная, причем она не всегда зависит от размера животного.

слайд 10

Белки спят по 15 часов в сутки.

слайд 11

Лошадь и слон - единственные животные, которые могут спать стоя постоянно. Слон спит четыре часа в сутки.

Жирафы иногда спят лежа, но большее количество времени они находятся в вертикальном положении и спят стоя, иногда помещая голову между двумя ветками, чтобы не упасть.

слайд 12

Слишком много спят домашние животные: ведь они экономят время, которое их дикие собратья тратят на поиски пищи. Собака, которую хозяева, уходя на работу, заперли в квартире, обычно спит целый день до их возвращения, но и ночью бессонницей не страдает.

слайд 13

Ну а для человека норма сна – в среднем семь часов – это треть всей его жизни.

слайд 14

Спят все, но оказывается - не все живые существа спят, что называется, без задних лап:

черные стрижи спят в полете,

слайд 15

змеи спят с открытыми глазами,

слайд 16

аисты и фламинго спят стоя на одной ноге,

слайд 17

у морских котиков спит только одна половина мозга.

Даже дельфин , млекопитающее животное, которое находится в непрерывном движении, иногда впадает в состояние, очень похожее на сон. В таком состоянии одно полушарие мозга отключается, и дельфин плавает с закрытым глазом.

Тот факт, что дельфины, постоянно двигаясь, все же развили способность впадать в состояние похожее на сон, говорит о том, что сон является жизненно-важной потребностью и от него нельзя просто взять и отказаться.

слайд 18

Почему мы спим – величайшая загадка современной биологии. Я попытался приблизиться к разгадке тайн сна и выяснил, что существует много теорий сна и пока ни одна из них не признана ведущей.

слайд 19

Итак,

Циклическая теория сна

Как день закономерно сменяется ночью в течение миллиардов лет, так и деятельность должна сменяться покоем. Оказывается, свет, и темнота по-разному действуют на химические реакции обмена веществ. Гормоны имеют циклический ритм выделения в кровь и при нормальном образе жизни количество «активизирующих» гормонов к вечеру падает.

слайд 20

Диетическая теория сна

Возможно, сон экономит калории. Много калорий теряется при высокой теплоотдаче, поэтому, чем меньше животное, тем больше оно спит. Но и многие крупные животные (такие как медведи) впадают в спячку на зиму, поскольку не могут себя прокормить в холодное время года. Во время продолжительного и глубокого сна у человека выделяется гормон лептин, подавляющий аппетит. Поэтому люди, которые высыпаются, реже подвержены приступам обжорства, и могут сохранять более стройную фигуру.

слайд 21

Энергетическая теория сна

Во время бодрствования клетки мозга потребляют много энергии в виде гликогена (глюкозы, сахара). Поскольку нейроны одновременно эффективно обрабатывать информацию и накапливать гликоген не в силах, то во время сна они устраивают информационный перерыв и занимаются только «пополнением энергетических кладовых».

слайд 22

Иммунная теория сна

Известно, что во время ночного покоя некоторые внутренние железы, например, гипофиз или надпочечники, особенно активны. А гормоны, выделяемые ими, как раз укрепляют иммунитет.

слайд 23

Защитная теория сна

Даже у таких низших существ, как кухонные тараканы, которые спят, наклонив голову и расслабив антенны, из-за непрерывной 24-часовой активности повышен риск преждевременной смерти. Что уж говорить о людях. Сон - просто необходим для нормальной жизнедеятельности и хорошего самочувствия.

слайд 24

Тормозная теория сна

Предположим, что организм сам знает, когда нужно тормознуть и дать мозгу возможность разложить накопленную информацию «по полочкам». Возможно ли заставить мозг работать беспрерывно?

Я задали вопрос своим стареньким прадедушке и прабабушке (они плохо спят ночью), «необходим ли людям сон?», и они ответили: «Конечно!»

Несомненно, длительное лишение сна может погубить живое существо.

слайд 25

Следовательно, можно сделать вывод - какая бы теория не восторжествовала со временем, понятно одно: любому существу необходимо спать достаточное количество времени для того, чтобы оставаться здоровым. И человеку в том числе!

слайд 26

Спасибо за внимание!

Литература

1. Популярная энциклопедия для детей. Всё обо всём. / Сост. Г.П. Шалаева.- М., 1996. Т.3, 4, 10;

2. Нарушения сна и бодрствования, Вейн А. М., М., 1974;

3. Спячка животных / Калабухов Н. И., 3 изд., Харьков, 1956;

4. Энциклопедия для детей. Биология / Аксёнова М., Вильчек Г., Аванта+; 2004.