10 октября 2012 г.: Исследователи из Лос-Анджелеса, США, впервые измерили активность того отдела мозга спящего человека, который отвечает за обучение, память, а также болезнь Альцгеймера. В результате обнаружилось, что данная часть головного мозга может вести себя активно даже под наркозом, и это- открытие, которое противоречит традиционной теории о консолидации человеческой памяти во время глубокого сна.

Ученые измерили активность нейронов, которые участвуют в формировании памяти, в различных частях мозга. Технические средства, используемые в процессе исследования, позволили установить, какие именно области мозга проявляли повышенную активность, и как распространяется эта активность, говорит автор проведенного исследования Маянк П. Мета (Mayank Р. Mehta), профессор нейрофизики Лос-Анджелесского департамента нейробиологии, неврологии, астрономии и физики.

Роль энториальной коры во взаимодействии частей головного мозга

Мета и его команда рассмотрели три связанные между собой области мозга мышей – неокортекс, или «новый» мозг, гиппокамп, или «старый» мозг, и энторинальную кору промежуточного мозга, которая соединяет между собой новый и старый мозг. Несмотря на то, что предыдущие исследования ясно показали, что взаимодействие во время сна между частями мозга имеет очень важное значение при формировании памяти, не изучалась роль энторинальной коры во взаимодействии неокортекса и гиппокампа, которая, как оказалось, устанавливает свои правила игры, сказал Мета.

Его коллеги выяснили, что энторинальная кора показала непрерывную активностью, хотя она, как считалось ранее, занимает промежуточное положение в работе памяти во время бодрствования, и отвечает за кратковременную память, когда человек, например, повторяет телефонный номер или следует инструкциям.

«Большой неожиданностью является то, что такая интенсивная активность наблюдается во время сна почти постоянно», - сказал Мета. «Полученные результаты уникальны и крайне удивительны. На самом деле, постоянная активность наблюдается в энторинальной коре даже под наркозом».

«Результаты исследования первоначально были опубликованы в онлайн - номере журнала Nature Neuroscience. Их значение сложно переоценить», - сказал Мета,- «потому что почти треть жизни люди, как известно, проводят во сне, и нарушение сна неблагоприятно сказывается на здоровье, обучении и вызывает проблемы с памятью. Ранее было показано, что кора головного мозга "общается" с гиппокампом, когда человек спит, и предполагалось, что это взаимодействие имеет большое значение в процессе воссоздания или консолидации памяти. Тем не менее, никто не мог интерпретировать это взаимодействие».

О чем «разговаривают» клетки мозга во сне

«Когда вы укладываетесь спать, в комнате темно и тихо, и, хотя информация от органов чувств отсутствует, мозг по-прежнему очень активен", - сказал Мета. "Мы хотели бы знать, почему это происходит, и что разные части мозга «говорят» друг другу".

Мета и его команда разработали очень чувствительную систему наблюдения, которая позволяет следить за жизнедеятельностью нейронов в каждой из трех частей мозга одновременно, в том числе активность самостоятельных нейронов. Это позволило ученым обнаружить взаимодействие даже тогда, когда нейроны казались спящими. Затем исследователи применили сложный математический алгоритм, чтобы расшифровать это взаимодействие.

«Во время сна части головного мозга общаются друг с другом очень сложным способом», - заявили они. «Это совершенно новое представление о теории консолидации памяти». Мета предположил, что происходящие во время сна процессы - это способ удаления информации, полученной и осмысленной в течение дня, но не имеющей существенного значения. Это приводит к тому, что важные воспоминания становятся все более яркими и легкодоступными. Примечательно, что болезнь Альцгеймера зарождается в энторинальной коре у пациентов с нарушением сна, так что выводы Мета могут быть полезны в этой сфере.

Перспективы исследования Мета

Исследование проводилось Мета совместно с Томасом Ханом и Свеном Берберихом из Гейдельбергского университета в Германии, Институтом Макса Планка по медицинским исследованиям, Джеймсом Макхарландом из Университета Брауна и факультетом физики Калифорнийского университета. В дальнейшем команда продолжит изучение этой деятельности мозга, чтобы раскрыть механизмы, лежащие в ее основе и определить последствия. Полученные результаты должны обеспечить первые прямые доказательства устойчивой активности нейронов энторинальной коры в живом организме, и объяснить их роль во взаимодействии неокортекса и гиппокампа во время сна.

Человеческий мозг – самый сложный и малоизученный орган. Но несколько интересных фактов известны доподлинно.

От чего зависит скорость реакции?

Скорость нервного импульса, который поступает в мозг или из него, составляет 274 километра в час. Никогда не задумывались, почему вы так быстро реагируете, когда, скажем, ударите молотком по пальцу? Это все благодаря невероятной скорости нервного импульса, которая равна скорости спортивной машины.

Мозг «дышит» интенсивнее других органов

Масса мозга составляет всего 2% от общей массы тела, однако он потребляет 20% кислорода, который циркулирует в крови – больше, чем любой другой орган. Это делает его очень восприимчивым к повреждениям, связанными с недостаточностью кислорода. Так что дышите глубже!

Нервные клетки восстанавливаются

Нейроны растут всю жизнь. Много лет ученые считали, что нейроны и нервная ткань не способны расти или восстанавливаться. Оказывается, что это не так, хотя нервная ткань ведет себя иначе, чем другие ткани человеческого тела – нейроны растут всю жизнь и этот факт открыл новою страницу в области исследования мозга и его болезней.

Информация в нейронах разного типа передается с разной скоростью. Типов существует несколько и скорость передачи информации в них варьируется от 0.5 до 120 метров за секунду.

Сколько энергии нужно мозгу?

Для полноценной работы мозгу нужен эквивалент энергии, потребляемой 10-ваттной лампочкой. Когда в мультиках возникновение идеи в мозгу героя символизирует лампочка над головой, это не так уж далеко от правды. Мозг также генерирует количество энергии равное маленькой лампочке даже во время сна.

Мозг никогда не спит

Мозг гораздо более активен ночью, нежели днем. Это кажется нелогичным, ведь днем мы двигаемся, он занят вычислениями, решением сложных задач на работе, что должно заставлять его работать интенсивнее, чем во время сна. Оказывается, что все наоборот. Когда вы «отключаетесь», мозг «включается». Ученые пока не понимают, почему это так, но вам стоит поблагодарить ваш мозг за то, что он трудится, пока вы спите.

Количество сновидений зависит от IQ

Ученые утверждают, что чем выше ваш коэффициент интеллекта, тем больше сновидений вы видите. Если это так, то вам не стоит переживать, если вы не можете припомнить, что вам снилось. Большинство из нас плохо помнит сновидения, поскольку они длятся не более 2-3 секунд.

Сколько информации может поместиться в мозгу человека?

Человеческий мозг способен запомнить в 5 раз больше информации, чем содержится в Энциклопедии Британника. Или любой другой энциклопедии. Ученым еще предстоит установить точный объем, но уже известно, что в переводе на компьютерную терминологию мозг способен вместить от 3 до 1000 терабайт. Национальный Британский архив, к примеру, в котором описаны 900 лет истории, занимает всего 70 терабайт – оцените потенциал своего мозга.

Мозг не чувствует боли

Сам по себе мозг не чувствует боли. Конечно, он реагирует, когда вы порежете палец или обожжетесь, но в нем нет болевых рецепторов и, следовательно, боли он не ощущает. Но это не спасает от головной боли – мозг окружен множеством тканей, нервов и сосудов, которые очень даже чувствительны к боли.

Мозг состоит из воды на 80%

У многих мозг ассоциируется с твердой серой массой, напоминающей орех. Но живой мозг – это болотно-розовый желеобразный орган, в тканях которого очень много воды и крови. В следующий раз, когда вас будет мучить жажда, не забывайте, что мозгу тоже нужна живительная влага.

Почему мозг начинает стареть после 20 лет, отличается ли мозг гениев и преступников, восстанавливаются ли нервные клетки, почему они массово гибнут у младенцев?

1. Даже младенцы теряют нервные клетки.
Сколько нейронов (нервных клеток) в мозге человека? У нас их около 85 миллиардов. Для сравнения, у медузы - всего 800, у таракана - миллион, а у осьминога - 300 млн.

Многие считают, что нервные клетки гибнут лишь в пожилые годы, но большая их часть теряется нами еще в детстве, когда в голове ребенка происходит процесс естественного отбора.

Как в джунглях, среди нейронов выживают наиболее эффективные и приспособленные. Если нервная клетка простаивает без работы, у нее включается механизм самоликвидации.

Целые сети нейронов в мозгу малыша борются за существование. Они с разной быстротой и разной эффективностью решают одни и те же насущные задачи, отвечают на бесчисленные вопросы, как команды знатоков в игре «Что, где, когда?».

Проиграв в честной борьбе, слабые команды выбывают, освобождая место победителям. Это ни плохо, ни хорошо, это нормально. Таков суровый, но необходимый процесс естественного отбора в мозге - нейродарвинизм.

2. Нейронов – миллиарды.
Бытует мнение, что каждая нервная клетка - это простейший элемент памяти, как один бит информации в памяти компьютера. Несложные подсчеты показывают, что в этом случае кора нашего мозга вмещала бы всего 1-2 гигабита или не более 250 мегабайт памяти, что никак не соответствуют тому объему слов, знаний, понятий, образов и прочей информации, которой мы владеем. Конечно, нейронов огромное количество, но их, безусловно, не хватит, чтобы вместить все это. Каждый нейрон является интегратором и носителем, множества элементов памяти - синапсов.

3. Гениальность не зависит от размера мозга
Мозг человека весит примерно 1200 - 1400 грамм. Мозг Эйнштейна, к примеру, 1 230 г, не самый большой. Мозг слона почти в четыре раза больше, самый крупный мозг у кашалота - 6800 граммов. Дело здесь не в массе.

В чем разница между мозгом гения и обычного человека? По обложке книги или по числу страниц никогда не скажешь, вышла она из-под пера мастера или графомана. Кстати, и среди преступников попадаются весьма умные люди. Для оценки нужны совершено другие единицы измерения, которых пока не существует. Но в целом мощность мозга зависит от числа синаптических контактов (мозг состоит отнюдь не из одних нейронов, в нем заключено огромное множество вспомогательных клеток. Его пересекают большие и малые кровеносные сосуды, а в центре мозга скрыты четыре так называемых мозговых желудочка, заполненных цереброспинальной жидкостью...).

Главную интеллектуальную мощь мозга составляют нейроны его коры. Особенно важна плотность синаптических контактов между нейронами, а никак не физический вес. Ведь не станем же мы по весу в килограммах определять быстроту компьютера.

По этому показателю мозг животных, даже высших приматов, существенно меньше человеческого. Мы проигрываем животным в скорости бега, в силе и выносливости, в способности лазить по деревьям.… Собственно, во всем, кроме ума.

Мышление, сознание - это то, что отличает человека от животных. Тогда возникает вопрос: почему бы человеку не обзавестись еще более вместительным мозгом?

Ограничивающим фактором является сама анатомия человека. Размер нашего мозга, в конце концов, определяется размером родовых путей женщины, которая не сможет родить ребенка со слишком большой головой. В каком-то смысле мы - пленники собственного строения. И в этом смысле человек не может стать существенно умнее, если только в один прекрасный день не изменит себя сам.

4. Многие болезни можно будет лечить, внедряя в нервные клетки новые гены.
Генетика - невероятно успешная наука. Мы научились не только исследовать гены, но и создаем новые, перепрограммируем их. Пока это лишь эксперименты на животных, и идут они более чем успешно. Близится время, когда многие болезни можно будет вылечить, внедряя в клетки новые или модифицированные гены. Не проводятся ли опыты над человеком? Тайные лаборатории существуют только в фантастических фильмах. Такие научные манипуляции осуществимы только в крупных научных центрах и требуют больших усилий. Беспокойство о несанкционированном взломе человеческого генома на сегодняшний день лишено оснований.

5. Человек использует лишь толику возможностей своего мозга? Это миф.
Многие почему-то считают, что человек использует лишь небольшую часть возможностей своего мозга (скажем, 10, 20 и так далее процентов). Трудно сказать, откуда взялся этот странный миф. Верить в него не стоит. Эксперименты показывают, что нервные клетки, не задействованные в работе мозга, погибают.

Природа рациональна и экономна. В ней ничего не откладывается на всякий случай, про запас. Живым существам невыгодно и просто вредно содержать в мозгу «бездельников». Лишних клеток у нас нет.

6. Нервные клетки восстанавливаются.
Несколько лет назад в 83-летнем возрасте скончался очень известный пациент, американец Генри Моллисон. Еще в молодости врачи, чтобы сохранить ему жизнь, полностью удалили из мозга гиппокамп (от греческого - морской конек), являвшийся источником эпилепсии. Результат оказался тяжелым и неожиданным. Больной потерял способность что-либо запоминать. Он остался совершенно нормальным человеком, мог поддерживать беседу. Но стоило вам выйти за дверь всего на несколько минут, и он воспринимал вас как совершенно незнакомого человека. Каждое утро на протяжении десятков лет Моллисону приходилось заново познавать мир в той его части, каким мир стал после операции (все, что предшествовало операции, больной помнил). Так, волею случая, было установлено, что гиппокамп отвечает за формирование новой памяти. В гиппокампе восстановление нервных клеток (нейрогенез) происходит сравнительно интенсивно. Но значение нейрогенеза не следует переоценивать, его вклад все же невелик.

Дело не в том, что организм злонамеренно желает навредить себе. Центральная нервная система похожа на сложную сеть волокон, на переплетенный клубок проводов. Создать новую нервную клетку организму было бы несложно. Однако сама сеть давно уже сформирована. Как же в нее встроиться новой клетке, чтобы не создать помех? Это можно было бы сделать, найдись в мозгу инженер, который разберется в клубке «проводов». К сожалению, такой должности в мозгу не предусмотрено. Поэтому восстановление клеток мозга взамен утраченных затруднено. Немного помогает слоистая структура коры больших полушарий, она помогает новым клеткам встраиваться в нужное место. Благодаря этому небольшое восстановление нервных клеток все-таки существует.

7. Как одна часть мозга спасает другую
Ишемический инсульт мозга - тяжелая болезнь. Она связана с закупоркой кровеносных сосудов, подводящих кровь. Мозговая ткань чрезвычайно чувствительна к кислородному голоданию и быстро отмирает вокруг закупорившегося сосуда. Если зона поражения не находится в одном из жизненно важных центров, человек выживает, но при этом может частично утратить подвижность или речь. Тем не менее, через продолжительное время (иногда - месяцы, годы) утраченная функция частично восстанавливается. Если нейронов не становится больше, то за счет чего это происходит? Известно, что кора головного мозга имеет симметричное строение. Все ее структуры поделены на две половины, левую и правую, но поражена лишь одна из них. Со временем можно заметить медленное прорастание отростков нейронов из сохранившейся структуры в пострадавшую. Отростки удивительным образом находят правильный путь и частично компенсируют возникший недостаток. Точные механизмы этого процесса остаются неизвестными. Если мы научимся управлять процессом восстановления, регулировать его, это не только поможет при лечении инсультов, но и раскроет одну из самых больших тайн мозга.

8. Когда-то левое полушарие победило правое
Кора головного мозга, как все мы знаем, состоит из двух полушарий. Они несимметричны. Как правило, левое - важнее. Мозг устроен так, что правая часть управляет левой стороной тела, и наоборот. Именно поэтому, у большинства людей доминирует правая рука, управляемая левым полушарием. Между двумя полушариями существует своеобразное разделение труда. Левое отвечает за мышление, сознание и речь. Именно оно мыслит логически и совершает математические операции. Речь - не просто инструмент общения, не только способ передать мысль. Чтобы понять явление или предмет, нам совершенно необходимо его назвать. Например, обозначив класс абстрактным понятием «9а» мы избавляем себя от необходимости всякий раз перечислять всех учеников. Абстрактное мышление свойственно человеку, и лишь в малой степени - некоторым животным. Оно невероятно ускоряет и усиливает мышление, поэтому речь и мышление в каком-то смысле очень близкие понятия.

Правое полушарие отвечает за распознавание образов, эмоциональное восприятие. Оно почти не умеет говорить. Откуда это известно? «Помогла» эпилепсия. Обычно болезнь гнездится только в одном полушарии, но может перекинуться и на второе. В 60-ые годы прошлого века врачи задумались о том, нельзя ли перерезать связи между обоими полушариями ради спасения жизни пациента. Несколько таких операций было проведено. Когда у пациентов прервана естественная связь левого и правого полушарий, то и у исследователя появляется возможность «разговаривать» с каждым из них по отдельности. Было установлено, что у правого полушария весьма ограниченный запас слов. Оно может изъясняться простыми фразами, но абстрактное мышление правому полушарию недоступно. Вкусы и взгляды на жизнь у двух полушарий могут сильно различаться и даже вступать в явные противоречия.

У животных нет центров речи, поэтому и явной асимметрии полушарий у них не выявлено.

Существует гипотеза о том, что несколько тысяч лет назад полушария мозга человека были вполне равноправны. Психологи полагают, что «голоса», так часто упоминаемые в древних источниках, были не чем иным как голосом правого полушария, а не метафорой или художественным приемом.

Как же получилось, что левое полушарие стало доминировать? С развитием мышления и речи одно из полушарий просто обязано было «победить», а другое «уступить», потому что двоевластие в пределах одной личности нерационально. По какой-то причине победа досталась левому полушарию, но нередко встречаются люди, у которых, напротив, доминирует правое полушарие.

9. У правого полушария словарный запас ребенка, зато фантазия круче
Важнейшая функция правого полушария - восприятие зрительных образов. Представим себе картину, висящую на стене. А теперь мысленно расчертим ее на квадратики и начнем постепенно закрашивать их случайным образом. Детали рисунка начнут пропадать, но пройдет довольно много времени, прежде чем мы перестанем понимать, что же именно изображено на картине.

Наше сознание обладает удивительной способностью воссоздавать картину по отдельным фрагментам.

Кроме того, мы наблюдаем динамичный, подвижный мир, почти как в кино. Фильм не рисуется нам в виде отдельных сменяющихся кадров, а воспринимается в постоянном движении.

Еще одной удивительной способностью, которой мы наделены, является умение видеть мир объемным, трехмерным. Совершенно плоская картина отнюдь не кажется плоской.

Одной только силой воображения правое полушарие нашего мозга наделяет картину глубиной.

10. Мозг начинает «стареть» после 20 лет
Главная задача мозга - усваивать прижизненный опыт. В отличие от наследственных признаков, которые остаются неизменными на протяжении всей жизни, мозг способен учиться и запоминать. Однако он не безразмерен и в какой-то момент может просто переполниться, так, что свободного места в памяти больше не будет. В таком случае мозг начнет стирать старые «файлы». Но это чревато серьезной опасностью того, что сотрется нечто важное ради какой-нибудь чепухи. Чтобы этого не произошло, эволюция нашла любопытный выход.

До 18-20 лет мозг активно и неразборчиво поглощает любую информацию. Успешно дожив до этих лет, которые в прошлом считались солидным возрастом, мозг постепенно меняет стратегию с запоминания на сохранение того, что усвоено, дабы не подвергать накопленные знания опасности случайного стирания. Процесс этот происходит медленно и планомерно на протяжении всей жизни каждого из нас. Мозг становится все более консервативным. Поэтому с годами ему все труднее осваивать новое, зато усвоенные знания надежно закрепляются.

Этот процесс не является болезнью, с ним трудно и даже практически невозможно бороться. И это лишний аргумент в пользу того, как важно учиться в молодые годы, когда учеба дается легко. Но и для людей постарше имеются хорошие вести. Далеко не все свойства мозга с годами ослабевают. Словарный запас, количество абстрактных образов, способность рационально и здраво мыслить не утрачиваются и даже продолжают расти.

Там, где молодой неопытный разум запутается, перебирая различные варианты, мозг постарше быстрее найдет эффективное решение благодаря лучшей стратегии мышления. Кстати, чем образованнее человек, чем больше он тренирует свой мозг, тем меньше вероятность заболеваний мозга.

11. Мозгу нельзя сделать больно
Мозг лишен каких-либо чувствительных нервных окончаний, поэтому ему не бывает ни жарко, ни холодно, ни щекотно, ни больно. Это и понятно, если учесть, что он лучше любого другого органа защищен от воздействий внешней среды: добраться до него непросто. Мозг ежесекундно получает точную и разнообразную информацию о состоянии самых удаленных уголков своего тела, знает о любых потребностях, и наделен правом удовлетворить их или отложить на потом. Но себя мозг никак не ощущает: когда у нас болит голова - это лишь сигнал от болевых рецепторов мозговых оболочек.

12. Полезная пища для мозга
Как и все органы тела, мозг нуждается в источниках энергии и в строительных материалах. Иногда говорят, что мозг питается исключительно глюкозой. Действительно около 20% всей глюкозы потребляется именно мозгом, но он, как и любой другой орган, нуждается во всем комплексе питательных веществ. Целые белки никогда не проникают в мозг, перед этим они расщепляются на отдельные аминокислоты. То же касается и сложных липидов, которые перевариваются до жирных кислот, таких как омега-3 или омега-6. Некоторые витамины, например С, проникают в мозг самостоятельно, а такие как В6 или В12 переносятся проводниками.

Следует быть осторожными, употребляя продукты, богатые цинком, например, такие как устрицы, арахис, арбузные семечки. Существует гипотеза о том, что цинк накапливается в мозге и со временем может привести к развитию болезни Альцгеймера.

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.

• 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.

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).

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

Сон – это состояние покоя, которое сопровождается уменьшением интенсивности некоторых физиологических процессов и наступает обычно через равные промежутки времени. Такое определение сна дают медики. Ученые очень давно ведут исследования на тему, как сон действует на отдельные системы органов и на организм в целом.

Все знают, что сон в целом очень полезен для человеческого организма – это и успокоение нервной системы, и вырабатывание разных гормонов, и переключение различных систем действия мозга, и полное релаксация мышечной системы, и пополнение клеток головного мозга, и многое другое. Но сейчас мы рассмотрим как сон способствует работе мозга человека.

Сон способствует восстановлению клеток мозга

Вначале нужно сказать, что сон способствует восстановлению клеток мозга . В Висконсинском университете ученые доказали, что в период сна стимулируются гены, которые отвечают за выработку миелина – защитной оболочки нейронов.

Он увеличивает быстроту транслирования информации промеж нервными клетками. Если его недостаточно могут появится аутоиммунные заболевание и склероз. Сон влияет на олигодендроциты – клетки мозга, составляющие миелин, также берут участие в метаболизме нейронов. Эти выводы удалось сделать наблюдая за подопытными грызунами. Когда крысы спали у них увеличивалось создание клеток – предшественниц олигодендроцитов, а во время бодрствования подключались гены, которые контактировали с стрессом.

Профессор Вэнь-Бяо Ганн из Нью-Йорского университета рассказал, что исследования, проведенные им на грызунах показали как работает усвоение информации в стадии быстрого и медленного сна, как обрабатывается и воспроизводится вся информация, полученная за день. Выяснилось, что это очень значительный и активный процесс, который ученые не осознали до конца.

Очистка от токсинов

Также ученые заявляют, что еще есть одна неизвестная ранее причина потребности и необходимости сна – очистка мозга от токсинов . В период сна происходит обмывание мозга мозговой жидкостью. Этот процесс непрерывный, но во время сна более активный.

Такие исследования проводились в медицинском центре университета Рочестера. Наш мозг использует сон как возможность очистки от токсинов, накопленных за день. В прошлом году были открыты глимфатичные системы – основная их функция – выведение вредных веществ. Интересным фактом является то что болезнь Паркинсона и Альцгеймера, которые приводят к потере клеток мозга и сопутствуют появлению в сосудах мозга бляшек из токсичных белков, по мнению ученых, имеют отношение к механизму очищения мозга.

Обновление клеток головного мозга

Еще один немаловажный плюс сна – во время сна обновляются клетки головного мозга . Сон увеличивает вырабатывание клеток, какие в будущем составляют мозговой материал. Он обороняет структуру головного мозга. Миелин выполняет «ремонт» мозга и защищает людей от появления таких болезней, как рассеянный склероз или слабоумие.

Особенно воспроизведение миелина вырабатывается в фазах быстрого сна, но все же это еще зависит от генных свойств. Также ученые установили, что если недосыпание становится хроническим, то иммунная система начинает разрушать миелин . А он окружает нервные окончания в головном мозге.

Ученые Калифорнийского университета рассматривали, как в период сна мозг человека ведет борьбу с негативными воспоминаниями .

Механизм борьбы со стрессом заложен во время сна, где происходят химические процессы, которые и помогают нам преодолеть стресс и одолеть плохие воспоминания.

Во время эксперимента людей разделили на две группы и демонстрировали им изображения, они должны были вызвать разные эмоции. Потом одной группе обследуемых дали несколько часов поспать, а другую группу лишили сна. Пока люди спали, ученые определяли циркуляцию крови в головном мозге при помощи МРТ.

Обнаружили, что активность в отделах мозга, которые связаны с , была гораздо ниже, чем в участках мозга, которые отвечали за логику. Когда потом, обследуемым, продемонстрировали те же картинки второй раз, их реакция не была такой бурной. Другие участники, которые не спали, значительно эмоциональнее отреагировали на снимки и во второй раз. Ученые выяснили, что это связано с химическими преобразованиями, которые были у обследуемых в период фазы быстрого сна.

О пользе дневного сна

Еще можно несколько слов сказать на защиту дневного сна, его пользы для человека. Во первых человек, который отдыхает, лучше работает.

Дневной сон улучшает трудоспособность, концентрацию внимания, восстанавливает силы, улучшает настроение. Те участники эксперимента в Калифорнийском университете, которые спали днем 1,5 часа, показали лучшие результаты при сдаче тестов и экзаменов, чем те участники, которые от дневного сна отказались.

Хотелось бы вспомнить, что для полного отдыха и расслабления человеку требуется спать 9 часов в сутки, но почти все, в большинстве случаев спят 7 – 8 часов. Эффективнее мозг отдыхает с 22.00 до полуночи. Если человек не выспался, то пользы от такого сна мы не получим. Сон менее 5 часов и более может вызывать бессонницу и быть причиной некоторых заболеваний.

Некоторые люди спят, наоборот, больше количество времени, чем рассчитано нормой, но этого делать не рекомендуется, поскольку это может быть основой для возникновения таких болезней как диабет, ожирение, могут быть частые головные боли и бессонница.

Интересным также является то, что человек может не спать, по мнению ученных 5 суток, потом он может погибнуть. Но были в истории случаи, которые были рекордными, когда человек не спал 19 суток. Что, конечно же, подтверждает позитивное влияние сна на все физиологические процессы в организме.

И в завершении , узнав о пользе сна , хочется всем пожелать крепких и приятных снов в комфортных условиях, чтобы потом отдохнувшими и полными сил и энергии приступить к покорению новых вершин.