Почему мы спим? Сон человека: почему и зачем мы спим? Что случится с организмом, если не выспаться одну ночь.

Сон - настолько распространённое в природе явление, что оно должно быть безумно полезным. Даже плодовые мушки и нематоды временами впадают в состояние полного бездействия, из которого выходят не очень легко, то есть сон свойствен даже простейшим животным. Но многолетние наблюдения так и не дали корреляции между сном и физиологическими потребностями у животных. Так что ещё одной тайной является многообразие видов сна.

Например, некоторые летучие мыши спят 20 часов в сутки, а крупные травоядные млекопитающие - менее четырёх. Лошадям и вовсе достаточно вздремнуть стоя в течение нескольких минут, которые за сутки складываются примерно в три часа. Некоторые новорожденные дельфины и киты бодрствуют вместе с матерями на протяжении всего первого месяца.

Короче, обнаружить единую, универсальную функцию сна так и не удалось. «Физиологические изменения во время сна сильно варьируются у разных видов, - отмечает Маркос Фрэнк из Пенсильванского университета (США). - Но у всех сон отражается на работе мозга». Поэтому большинство исследователей сосредоточились на этом органе. Наиболее очевидным признаком сна признана, условно говоря, потеря «сознания» (или сокращение «сознательности» у некоторых животных). И недостаток сна приводит к когнитивному кризису не только у людей, но и у крыс, плодовых мушек и почти у всех остальных изученных видов.

Основную часть сна занимает медленноволновая фаза, известная как третья стадия, или стадия глубокого сна (см. диаграмму). Её свойственны характерные волны электрической активности мозга, вызванные синхронизированной активацией нейронов, которая происходит примерно раз в секунду. С ней смешиваются другие этапы - фаза быстрого движения глаз, когда деятельность мозга напоминает бодрствование, и переходы между ними.

Считается, что сон - это именно медленноволновой этап, ибо как раз в этот период происходит всё то, что должен сделать для организма сон. Именно в этой фазе работа мозга сильнее всего отличается от бодрствования. В её начале волны становятся особенно большими, когда потребность во сне максимальна. Если вы долго не спите, эти медленные волны будут нарастать, пока вы не заклюёте носом.

Функции сна можно разделить на две большие группы: одни связаны с «ремонтом» и «обслуживанием» мозга, а другие - с выполнением мозгом уникальных для сна задач.

Сто лет назад считалось, что в период бодрствования в нас вырабатывается некий токсин, накоплению которого мы в конце концов не можем сопротивляться и засыпаем, чтобы дать возможность мозгу очиститься. Такое вещество не было обнаружено, и современный вариант той же гипотезы гласит: днём происходит постепенное снижение поставок больших молекул, необходимых для работы мозга, в том числе белков, РНК и холестерина. Запасы пополняются как раз во время сна. В экспериментах с животными выяснилось, что производство таких молекул увеличивается во время медленноволновой фазы сна. Однако, по словам скептиков, это лишь корреляция и нельзя говорить о том, что наше желание спать зависит от уровня этих молекул.

Вторая группа тоже имеет давнюю историю. Ещё Зигмунд Фрейд предположил, что все сновидения посвящены исполнению заветных желаний (часто замаскированному), но в науке эта гипотеза не нашла подтверждения. Однако есть веские причины считать, что во время сна мозг всё же выполняет одну очень важную и уникальную функцию: он занимается консолидацией памяти. Воспоминания не высекаются в камне в момент события. Поначалу они хранятся в своего рода ОЗУ, и лишь потом то, что по каким-то причинам показалось важным, отправляется в ПЗУ.

Эксперименты и на животных, и на людях показывают, что самые сильные воспоминания формируются, когда моменты запоминания и вспоминания разделяет сон. Например, в ходе одного из опытов электроды, размещённые в крысиных мозгах, показали, что во время сна небольшие группы нейронов воспроизводят тот режим деятельности, который впервые был зарегистрирован, когда крысы бодрствовали и учились.

С 2003 года набирает силу новая гипотеза, объединяющая оба объяснения. В центре её внимания - синапсы, с помощью которых общаются нейроны. Известно, что при формировании воспоминаний синапсы участвующих в этом процессе нейронов становятся сильнее. Основная мысль заключается в том, что в состоянии бодрствования мы постоянно создаём новые воспоминания и, следовательно, укрепляем синапсы. Но этот процесс не может продолжаться бесконечно: в какой-то момент был бы достигнут максимума энергетической эффективности и новые воспоминания перестали бы формироваться. Решением этой проблемы становится фаза медленноволнового сна: при отсутствии входящего потока данных медленно «стреляющие» нейроны постепенно снижают силу синапсов по всем направлениям, сохраняя при этом относительную разницу в силе между синапсами и позволяя новым воспоминаниям сохраниться.

«Гипотеза гомеостаза синапсов» получила немало доказательств. Сканирование человеческого мозга говорит о том, что наше серое вещество требует больше энергии в конце дня, чем в начале. Джулио Тонони и Кьяра Сирелли из Университета штата Висконскин в Мэдисоне (США), предложившие гипотезу, показали, что у грызунов и плодовых мушек прочность синапсов возрастает в период бодрствования и падает во время сна. Более того, когда мы изучаем то, что требует работы определённой части мозга, именно эта область генерирует более интенсивные медленные волны во время последующего сна.

Несмотря на большое внимание, которое в последние годы получила эта гипотеза, она ещё не успела завоевать сердца всех и каждого. Например, нейробиолог Джерри Сигел из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) придерживается мнения о том, что сон - это просто адаптивный способ сэкономить энергию, не занимаясь кормлением и размножением. Животное находит укромное место, прячется в нём и бережёт себя для будущего. А различия в образе сна между видами - следствие различий в образе жизни.

Но большинство всё же склоняется к тому, что функция сна столь же сложна, сколь сложен мозг. Наверное, лаконичный ответ на вопрос о том, почему мы спим, едва ли удастся получить.

Карл Циммер

В террариумах лаборатории университета штата Индиана живут безмятежно с десяток зеленых игуан. Часами они греются в лучах инфракрасных ламп, а по ночам закрывают по оба глаза. Иногда, правда, по одному. Их жизнь не отличается от той, которую ведут обычные домашние игуаны, за одним важным исключением: к их головам подсоединены пучки проводов, ведущих к датчикам работы мозга.

Ученые университета хотят выяснить, что происходит в мозгу игуан, когда свет не горит. Спят ли они также как мы? Полностью ли отключается их мозг, или половина его бодрствует? Исследователи надеются, что игуаны помогут дать ответ и на более фундаментальный вопрос: для чего все-таки существует сон?

"Интерес науки к проблемам сна огромен, но на самом деле мы еще не знаем, что это такое", - говорит Стивен Лима, биолог из университета Индианы.

Доктор Лима принадлежит к небольшой, но растущей, группе ученых, которые проводят глубокие исследования сна в царстве животных. Они предполагают, что большинство видов нуждаются во сне и что эволюция сна продолжается уже более полумиллиарда лет.

Современные животные спят очень по-разному. Например, крыса-пасюк спит 20 часов в сутки, а жираф – менее двух. Для того чтобы понять, почему люди спят именно так, как они это делают, ученым надо найти объяснение поведению миллионов других видов, которые также спят.

"Одна из причин, не позволивших нам понять природу сна, состоит в том, что мы не рассматривали проблему в преломлении эволюции", - говорит доктор Лима.
Долгое время считалось, что спят только позвоночные, но недавно ученые выяснили, что такие беспозвоночные, как пчелы и раки также спят. Самая большая работа была проделана с дрозофилами. "Они отдыхают по 10 часов за ночь, а если заставить их бодрствовать дольше, они захотят доспать", - говорит доктор Гуилио Тонони, психиатр из Висконсинского университета.

Аналогии между дрозофилами и людьми можно проводить вплоть до нервных клеток. В течение части ночи оба вида проявляют низкочастотную электрическую активность, получившую название медленноволнового сна.

"Удивительно, но во многом мухи очень похожи на нас", - говорит доктор Тонони.
Узнав, что спят как позвоночные, так и беспозвоночные, ученые пришли к выводу о том, что сон появился на очень ранних стадиях эволюции животных, возможно 600 миллионов лет назад. "Наше поведение во сне – очень древнее эволюционное явление", - говорит доктор Лима.

У ученых есть много соображений по поводу изначальной функции сна. По мнению доктора Тонони, он возник как средство дать нервным клеткам отдохнуть после "тяжелого учебного дня". "Бодрствуя, мы все время узнаем что-то новое, сознательно или бессознательно", - говорит он.

Познание укрепляет связь между клетками, так называемый синапсис, и даже создает новые такие связи. Вместе с тем, синапсис требует много дополнительной энергии. "Это означает, что к концу дня мозг потребляет больше энергии, - говорит доктор Тонини. – Теперь-то и нужно поспать".

Он утверждает, что "медленный сон" ослабляет синапсис в течение ночи. "Даже если все связи ослабевают, мы все равно кое-что помним, но в целом напряженность спадает, - говорит он. – На утро у нас больше свободной энергии, выше трудоспособность".

Предшественники человека стали отличаться от предшественников мух почти 600 миллионов лет назад. По мере их эволюции эволюционировал и их сон. Люди спят не только медленноволновым сном, в некоторые периоды сна мы часто моргаем, в это время нам снятся сны. Этот так называемый "быстрый сон" обычно приходит к концу ночи, после периодов глубокого медленноволнового сна.

Другие млекопитающие, а также птицы, спят подобным образом. Исследователи намерены выяснить, существовали ли эти общие признаки у общих предшественников птиц и млекопитающих, а также у рептилий, живших 310 миллионов лет назад. Возможно также, что у птиц и млекопитающих такая структура сна развивалась независимо, подобно тому, как у птиц и летучих мышей выросли крылья, а у млекопитающих нет.

Не исключено, что ответ на этот вопрос поможет ученым понять, почему существует "быстрый сон". Они давно обсуждают, зачем он нужен, предполагая, что он играет важную роль в работе памяти и познания. В одном из октябрьских номеров журнала Nature Джером Зигель, эксперт по вопросам сна из Калифорнийского университета, утверждал, что "быстрый сон" физиологически мене важен, чем медленноволновый. Он отмечает, что травмы мозга и даже антидепрессанты могут резко сократить период "быстрого сна" без каких-либо видимых побочных эффектов.

По мнению доктора Тонони, что, в конечном счете, изучение животных поможет врачам найти более эффективные способы лечения расстройств сна. "Не существует приемлемых рекомендаций по вопросу здорового сна, поскольку совершенно неизвестно, что это такое, - говорит он. – Достаточно ли вздремнуть семь часов? Что важнее, глубокий сон или "быстрый" - неизвестно".

"Вполне возможно, что вам достаточно спать меньше, чем вы сейчас спите, лишь бы сон выполнил свою задачу. Поэтому критически важно понять, в чем эта задача состоит", - добавляет доктор Тонони.

Почему нас тянет в сон?
Ученые исследуют сон животных в надежде ответить на фундаментальный вопрос: зачем существует сон?

Источники: Dr. Charles Amlaner, Indiana State University; Jerry Siegel, UCLA; Dr. Giulio Tononi, University of Washington
Публикуется с сокращениями с разрешения The New York Times News Service and Syndicate Co.

Оригинал сообщения находится на сайте

На это занятие мы тратим около трети своей жизни. Если нас этого лишить, мы заболеем. Но мы до сих пор не знаем хорошенько, зачем надо спать.

На первый взгляд, ответ очевиден: чтобы мозг и другие органы могли отдохнуть и восстановиться. Но почему мы не можем отдохнуть, оставаясь в сознании и продолжая быть начеку? Почему мы не можем восстановить силы, бодрствуя? Загадка...

Например, некоторые летучие мыши спят 20 часов в сутки, а крупные травоядные млекопитающие - менее четырёх. Лошадям и вовсе достаточно вздремнуть стоя в течение нескольких минут, которые за сутки складываются примерно в три часа. Некоторые новорожденные дельфины и киты бодрствуют вместе с матерями на протяжении всего первого месяца.

Короче, обнаружить единую, универсальную функцию сна так и не удалось. «Физиологические изменения во время сна сильно варьируются у разных видов, - отмечает Маркос Фрэнк из Пенсильванского университета (США). - Но у всех сон отражается на работе мозга». Поэтому большинство исследователей сосредоточились на этом органе. Наиболее очевидным признаком сна признана, условно говоря, потеря «сознания» (или сокращение «сознательности» у некоторых животных). И недостаток сна приводит к когнитивному кризису не только у людей, но и у крыс, плодовых мушек и почти у всех остальных изученных видов.

Основную часть сна занимает медленноволновая фаза, известная как третья стадия, или стадия глубокого сна (см. диаграмму). Её свойственны характерные волны электрической активности мозга, вызванные синхронизированной активацией нейронов, которая происходит примерно раз в секунду. С ней смешиваются другие этапы - фаза быстрого движения глаз, когда деятельность мозга напоминает бодрствование, и переходы между ними.

Функции сна можно разделить на две большие группы: одни связаны с «ремонтом» и «обслуживанием» мозга, а другие - с выполнением мозгом уникальных для сна задач.

Сто лет назад считалось, что в период бодрствования в нас вырабатывается некий токсин, накоплению которого мы в конце концов не можем сопротивляться и засыпаем, чтобы дать возможность мозгу очиститься. Такое вещество не было обнаружено, и современный вариант той же гипотезы гласит: днём происходит постепенное снижение поставок больших молекул, необходимых для работы мозга, в том числе белков, РНК и холестерина. Запасы пополняются как раз во время сна. В экспериментах с животными выяснилось, что производство таких молекул увеличивается во время медленноволновой фазы сна. Однако, по словам скептиков, это лишь корреляция и нельзя говорить о том, что наше желание спать зависит от уровня этих молекул.

Вторая группа тоже имеет давнюю историю. Ещё Зигмунд Фрейд предположил, что все сновидения посвящены исполнению заветных желаний (часто замаскированному), но в науке эта гипотеза не нашла подтверждения. Однако есть веские причины считать, что во время сна мозг всё же выполняет одну очень важную и уникальную функцию: он занимается консолидацией памяти. Воспоминания не высекаются в камне в момент события. Поначалу они хранятся в своего рода ОЗУ, и лишь потом то, что по каким-то причинам показалось важным, отправляется в ПЗУ.

Эксперименты и на животных, и на людях показывают, что самые сильные воспоминания формируются, когда моменты запоминания и вспоминания разделяет сон. Например, в ходе одного из опытов электроды, размещённые в крысиных мозгах, показали, что во время сна небольшие группы нейронов воспроизводят тот режим деятельности, который впервые был зарегистрирован, когда крысы бодрствовали и учились.

С 2003 года набирает силу новая гипотеза, объединяющая оба объяснения. В центре её внимания - синапсы, с помощью которых общаются нейроны. Известно, что при формировании воспоминаний синапсы участвующих в этом процессе нейронов становятся сильнее. Основная мысль заключается в том, что в состоянии бодрствования мы постоянно создаём новые воспоминания и, следовательно, укрепляем синапсы. Но этот процесс не может продолжаться бесконечно: в какой-то момент был бы достигнут максимума энергетической эффективности и новые воспоминания перестали бы формироваться. Решением этой проблемы становится фаза медленноволнового сна: при отсутствии входящего потока данных медленно «стреляющие» нейроны постепенно снижают силу синапсов по всем направлениям, сохраняя при этом относительную разницу в силе между синапсами и позволяя новым воспоминаниям сохраниться (см. диаграмму ниже).

Несмотря на большое внимание, которое в последние годы получила эта гипотеза, она ещё не успела завоевать сердца всех и каждого. Например, нейробиолог Джерри Сигел из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) придерживается мнения о том, что сон - это просто адаптивный способ сэкономить энергию, не занимаясь кормлением и размножением. Животное находит укромное место, прячется в нём и бережёт себя для будущего. А различия в образе сна между видами - следствие различий в образе жизни.

Но большинство всё же склоняется к тому, что функция сна столь же сложна, сколь сложен мозг. Наверное, лаконичный ответ на вопрос о том, почему мы спим, едва ли удастся получить.

Подготовлено по материалам NewScientist.

Сна. Что происходит, когда мы спим? Почему люди спят?
Если предположить, что средняя продолжительность жизни человека составляет 67 лет, то в состоянии сна, он проведет 208 тысяч часов и это немного больше 20 лет в спящем состоянии - 33% всей жизни. Это при условии, что вы будете спать, 8 часов в сутки. Эти цифры приблизительны, но даже учитывая все неточности они впечатляют.
1/3 своей жизни мы жертвуем на сон, и для этого должны быть веские причины? Зачем люди столько спят, и что произойдет, если (теоретически) мы откажемся от сна...

Что происходит, когда мы спим?

Существует всего 5 стадий сна. Что же происходит на каждом этапе:

Сон, как описано вначале, составляет значительную часть нашей жизни. Если вы посмотрите на изображение выше, вы можете увидеть циклы, через который проходит человек во время сна. В среднем человек завершает три цикла сна в одну ночь. Все зависит от состояния вашего собственного тела, количество циклов может варьироваться от одного до четырех или пяти.
Прежде чем объяснить, что происходит на каждом этапе, стоит, объяснить, как происходит процесс тестирования сна. Наблюдая за электрическими импульсами в головном мозге, можно определить, на какой стадии, находится человек во время сна. Пять различных этапов провоцируют различные мозговые волны. Важно понимать эти мозговые волны для того чтобы оценить, что происходит на каждом из этапов.

Рассмотрим следующую диаграмму:

Теперь подробнее:

Этап 0 – сонливость
Очень часто этот этап не включают в диаграммы. Это этап, когда человек все полностью осознает, но чувствует сонливость.

Этап 1 – очень легкий сон (дремота) - состояние человека находящегося в плену Грёз, мечтаний. На этом этапе мысли находятся в блуждающем состоянии. Мозговые волны, состоят главным образом из тета волн, а иногда и альфа волн.

Этап 2 – легкий сон. На этой стадии мозговая активность меняется незначительно. Вершины волны становятся выше и немного больше случайных. Иногда происходят резкие и внезапные всплески активности которые называются (K-комплексы), именно они приводят к возникновению блестящих идей. . На 2 этапе Пульс замедляется и температура тела слегка понижается.

Этап 3 и 4 – это состояния глубокого сна и очень глубокого сна.
Мозговые волны во время этих этапов, намного выше но их частотность намного ниже. В стадии 3 около 25% от мозговых волн - это дельта волны (а остальную часть составляют тета волны). На 4 стадии разбудить кого-то, очень сложно, но если вам все же удастся разбудить несчастного, он будут очень раздражен и недоволен. На этой стадии, кровоток в мозге уменьшается, именно на этом этапе происходит восстановление организма и затраченной человеком энергии в течении дня.

этап 5 REM сон - это время ярких сновидений. На этом этапе тело человека парализовано. Мозговые волны состоят из бета волн, которые также присутствуют когда человек только просыпается. Мозг очень активен. Состояние характеризуется быстрыми движениями глаз, а иногда и мышечными судорогами. Если человек проснется на этом этапе, он с вероятностью в 100% сможет отчетливо рассказать о своих сновидениях.

Почему люди спят?
В психологии, существует ряд теорий относительно того, почему мы спим:
Нам нужно время, чтобы восстановиться и «перезагрузиться» сон это источник энергии.
Исследования показывают, что рост и развития происходит во время сна.
Сон необходим для объединения информации полученной человеком в течении дня. Без сна, мы не способны обрабатывать и запоминать нужное количество информации. Нам нужно спать, чтобы остаться в хорошем настроении. Без сна люди становятся раздражительными и неадекватными.

Что произойдет, если мы не будем спать?
Изучая психологию сна, с помощью крыс, учёными было обнаружено, что нехватка сна фактически может привести к летальному исходу. Но, если за подопытного взять человека, то у него сперва замедлится речь и реакция, после он прекратит реагировать на любые эмоциональные стимулы. Если же человек лишен сна, очень долго, он будут погружён в «микро сон», состояние, при котором мозг отключается на 5-10 секунд, а затем " включается снова ". Это очень опасно, и если у человека, острая нехватка сна, могут начаться галлюцинации. Мозг отчаянно будет пытается войти в состояние сна. В конечном итоге человек может не выжить...

Спите спокойно и приятных вам сновидений!

читайте продолжение.