1. Во время сна мозг очищается от отходов (из межклеточного пространства удаляются ненужные молекулы). Возможно, такие проблемы недосыпающих людей, как снижение памяти, внимания и работоспособности, связаны с засорением мозга.
Об этом стоит рассказать подробнее для тех, кому интересно.
Головной мозг человека составляет лишь около 2% от массы тела, но при этом он потребляет приблизительно 25% всей энергии. Следовательно, скорость обменных процессов этом органе примерно в 16 раз выше, чем в среднем во всех остальных.
Столь интенсивный обмен веществ, естественно, приводит к настолько же интенсивному образованию продуктов этого обмена, а значит, требуется система очистки, причём более эффективная, чем в других органах. Частично эту задачу решает хорошо развитая в головном мозге сеть кровеносных сосудов: помимо доставки кислорода и питательных веществ, она также уносит часть отходов.
Однако проницаемость сосудистой стенки для различных веществ неодинакова и не в последнюю очередь зависит от размера молекулы вещества. Углекислый газ, например, образуется в организме непрерывно сотнями граммов в сутки, но его молекула маленькая и легко проникает в любые ткани, и поэтому он быстро и полностью удаляется отовсюду через кровеносные сосуды. Более крупные молекулы могут проходить через сосудистую стенку существенно хуже или не проходить вообще. Это особенно актуально для мозга, потому что его отделяет от крови гематоэнцефалический барьер, который существует именно для того, чтобы не пропускать в мозг некоторые субстанции.
В результате часть отходов (в частности, нейромедиаторы ˗ аденозин, глицин, ГАМК, цитокины ˗ IL-1β, ФНО-α, PG-D2, а также крупные молекулы белка, например, β-амилоида, постоянно производимого мозгом) может накапливаться в межклеточном пространстве мозга, что угнетает его активность.
В других органах для решения проблемы избавления от отходов помимо сети кровеносных сосудов существует ещё и вторая сеть лимфатических сосудов. Они, кроме прочего, уносят из тканевой жидкости и доставляют в венозную кровь избыток воды, метаболитов, минеральных веществ, биологически активных веществ и белков.
В мозге же лимфатическая система полностью отсутствует: в нём нет соединительной ткани, в которой она располагается; кроме того, головной мозг заключён в жёсткую черепную коробку и до отказа набит нервными клетками и кровеносными сосудами, и для второй сети сосудов (лимфатических) там просто нет места.
Ответ эволюции на эту проблему хитроумен и прекрасен: межклеточный «мусор» попадает в спинномозговую жидкость, которая вырабатывается у взрослого в количестве около 0,5 литра в сутки, а затем всасывается в кровь с помощью специальных клеток, таким образом полностью обновляясь каждые 4-7 часов.
Отходы просачиваются в СМЖ не случайно: сеть кровеносных сосудов облегчает и организует этот процесс. Спинномозговая жидкость, окружающая мозг, закачивается внутрь него вдоль сосудов, вымывая отходы из межклеточного пространства, и затем вместе с ними попадает в кровоток. Так как кровеносные сосуды тянутся с поверхности мозга к каждой его клетке, то, путешествуя вдоль них, спинномозговая жидкость имеет лёгкий доступ ко всему мозгу. Такое решение уникально и не встречается больше ни в одном органе. Данный механизм получил название «глимфатическая система».
А теперь самое главное: описанный процесс очистки во время сна работает примерно в 10 раз эффективнее. После того, как человек засыпает, клетки нейроглии (выполняющие ряд вспомогательных функций и обеспечивающие деятельность нейронов) сжимаются, уменьшаясь в объёме на 60%, освобождая межклеточное пространство и пропуская туда спинномозговую жидкость. Такое расширение канализационного пространства позволяет очистить мозг от любых, даже самых крупных, отходов.
Накапливая в себе в течение дня различные вещества, мозг откладывает их удаление на время сна, подобно тому как люди создают в квартире беспорядок в течение рабочей недели, оставляя уборку на выходные.
Что касается упомянутого выше белка, β-амилоида, то его накопление в головном мозге является ключевым фактором в развитии болезни Альцгеймера. А удаление β-амилоида намного быстрее происходит во сне, поэтому снижение качества или продолжительности сна ассоциировано с его накоплением в мозге в бо́льших количествах. Это не доказывает, что недостаточный или плохой сон может вызывать болезнь Альцгеймера, но даёт повод серьёзно задуматься.
P.S. Имеются данные о том, что с наибольшей эффективностью глимфатическая система работает, если спать на боку (правда, это исследование было проведено на грызунах, а не на людях, и неизвестно, насколько правомерно экстраполировать его результаты на Homo sapiens).
2. Согласно висцеральной теории сна (автор которой ˗ наш с вами соотечественник, д.б.н., специалист в области физиологии зрения и сна Иван Пигарёв), сон ˗ это время, когда отделы центральной нервной системы (конкретно у человека это кора головного мозга, гиппокамп, миндалина, гипоталамус и некоторые другие) переключаются с анализа информации, поступающей из внешнего мира (от экстерорецепторов), на анализ информации, поступающей из собственного тела (от интерорецепторов) с целью управления и координации висцеральными системами* для поддержания их работоспособности. Организм восстанавливается (чинит повреждения и восполняет запасы).
Это очень важная тема (пожалуй, самая важная во всей статье), поэтому поговорим о ней поподробнее.
Во время бодрствования сигналы из окружающей среды (от экстерорецепторов ˗ зрительных, слуховых, обонятельных, вкусовых, тактильных) попадают через таламус в центральную нервную систему и анализируются. Результат анализа этой информации выдаётся в два блока: один из них связан с сознанием (а также ощущением и восприятием внешнего мира и себя во внешнем мире), а второй ˗ с обеспечением поведения и двигательной активности. Вот схема этих процессов:
* Под висцеральными системами автор данной теории имеет в виду «системы жизнеобеспечения» ˗ всё, кроме нервной системы и органов чувств, а не только пищеварительную, дыхательную системы и мочеполовой аппарат, как это принято в анатомии.
В это время работоспособность висцеральных систем поддерживается автономной (вегетативной) нервной системой (АНС). Однако она имеет два существенных недостатка.
Во-первых, размеры АНС не соответствуют огромному потоку информации, который поступает от интерорецепторов, расположенных во всех органах тела, включая и сам мозг, и, следовательно, она не в состоянии переработать весь тот гигантский поток информации, который от них идёт.
Во-вторых, АНС организована (в большей своей части) сегментарно (каждый её фрагмент получает информацию от конкретного органа или его части), и не имеет такой структуры, которая бы собирала сведения обо всех висцеральных системах и координировала их.
Поэтому АНС не является и не может являться координирующей системой, способной обеспечивать работоспособность организма в целом, а всего лишь поддерживает её в течение небольшого промежутка времени.
В каждом внутреннем органе есть сенсоры, которые оценивают параметры работы этого органа, и при выходе их за генетически заданные нормы возникает «сигнал тревоги», накопление которых расценивается человеком как усталость. Таким образом, с позиций висцеральной теории сна причина сонливости и усталости ˗ сигналы о том, что в организме накопилось какое-то количество нерешенных проблем и для их решения требуется подключение мощностей «центрального процессора» (иначе говоря, организму необходимо перейти в режим сна и дать возможность мозгу разобраться с накопившимися запросами).
Во время сна проведение сигналов из внешнего мира резко ухудшается (помимо того, что снижается количество таких сигналов, в частности, человек закрывает глаза, существует также дополнительная активная блокада проведения сенсорной информации в мозг). Также блокируются выходы на сознание, поведение и двигательную активность.
Вместо этого на те же самые отделы ЦНС по тем же самым волокнам через таламус начинают поступать сигналы от висцеральных систем (с интерорецепторов ˗ химических, механических, температурных...), и открывается выход в блок т.н. «ассоциативной висцеральной регуляции».
Обработанные сигналы от всех висцеральных систем соберутся в этом блоке, где будет разработана оптимальная стратегия для восстановления работоспособности того, что «поломалось» за прошедший день, и сигналы пойдут обратно в висцеральные системы.
«Медленный» сон ˗ время контроля органов, имеющих ярко выраженную ритмическую активность (например, желудка, кишечника, сердца, лёгких).
«Быстрый» сон ˗ время контроля органов, не имеющих ритмической активности (например, нервной, репродуктивной, сосудистой, лимфатической систем, почек, печени).
Схема этих процессов приведена на следующей странице.
Когда все параметры всех висцеральных систем придут в норму, пойдёт сигнал, что можно просыпаться.
Так это работает в молодом и здоровом организме.
Если не давать человеку спать, у него теряется возможность управления и координации висцеральных систем. Но такие сложные системы не в состоянии работать без координации. Поэтому полное отсутствие сна неизбежно приводит к смерти, а людей или животных, которые вообще не спят, не существует.
Однако у недостатка сна есть и ещё более страшные последствия, довольно часто встречающиеся у долго не спящих людей, находящихся под «давлением сна» (человек хочет спать, но не может, потому что ситуация не позволяет).
Речь идёт о так называемых «висцеральных галлюцинациях», суть которых состоит в том, что в состоянии сознания оказывается открытым выход в блок ассоциативной висцеральной регуляции, и сигналы из внешнего мира начинают «закидываться» в управление висцеральными системами, что очень опасно (набор случайных команд ни к чему хорошему не приведёт: представьте себе кошку или малолетнего ребёнка на включённой приборной панели подводной лодки или атомной электростанции). К сожалению, непосредственно почувствовать это человек не может, потому что висцеральные системы не представлены в ощущениях.
Первое, что страдает от висцеральных галлюцинаций ˗ структуры желудочно-кишечного тракта (известно, что сравнительно небольшого количества бессонных ночей достаточно, чтобы заработать язву желудка).
Висцеральная теория сна замечательна двумя вещами: во-первых, она подтверждается объективными данными многочисленных экспериментов, а во-вторых, позволяет очень просто объяснить многие вещи, например, такие связанные со сном состояния, как сновидения, сомнамбулизм (лунатизм), сонный паралич и синдром беспокойных ног, о чём я сейчас расскажу.
Все «блокирующие устройства», представленные на схемах (обозначенные сиреневыми стрелочками), могут по тем или иным причинам плохо работать: открываться (полностью или неполностью) невовремя либо, наоборот, не открываться или не закрываться вовремя. Это приводит к возникновению различных патологий ˗ их суть с позиций висцеральной теории сна я обобщил в табличке ниже.
(В данной теории сновидения также рассматриваются как патология, и даже высказана гипотеза, что люди, которые имеют полностью правильно функционирующую нейрологию и, соответственно, вообще не видят сновидений, живут дольше на 20-30 лет).
| Состояние | Вход с экстерорецепторов | Вход с интерорецепторов | Выход на сознание | Выход на поведение и двигательную активность | Выход на ассоциативную висцеральную регуляцию | ||
| Бодрствование | 
| 
|
|
|
| ||
| Патологии бодрствования | Сомнамбулизм (лунатизм) |
|
|
|
|
| |
| Сонный паралич |
|
|
|
|
| ||
| «Висцеральные галлюцинации» |
|
|
|
|
| ||
| Сон |
|
|
|
|
| ||
| Патологии сна | Сновидения |
|
| 
|
|
| |
| «Вплетение» реальности в сновидения |
|
|
|
|
| ||
| Синдром беспокойных ног |
|
|
|
|
| ||
3. Во время сна сортируется кратковременная память (часть содержащейся там информации забывается, а часть переносится в долговременную память).