Как улучшить мозг, выпуск 19. Кому и зачем на самом деле нужен сон?

Неспособность решать сложные проблемы или ошибки в их решении часто объясняются тем, что мозг не может эффективно анализировать информацию. Это подталкивает исследователей на то чтобы как-то постараться оптимизировать процесс. Сюда вошло в том числе и изучение активности нейронов в коре во время цикла сон-бодрствование. В статье из исследовательского топика Frontiers учёные рассуждают о том, как нехватка сна может ухудшить некоторые функциональные способности головного мозга, но что «виноват» в этом вовсе не мозг, который хочет «отдохнуть», а внутренние органы, которые перетягивают на себя его «внимание» и заставляют решать свои «проблемы».

«Жить без него не могу»

Доказано, что время сильной усталости некоторые области коры могут переходить в состояние сна, пока весь организм все еще бодрствует. Такой «местный» сон сильно снижает способности мозга в решении тех задач, где требуется эти зоны задействовать, и возникают ошибки. Как правило, эти ошибки объединяются под понятием «человеческий фактор» и возникают из-за снижения внимания и возможности предвидеть последствия каких-либо действий в сложных условиях. Решение этой проблемы может стать своего рода ключом к «улучшению» мозга.

Замечено, что промышленные техногенные катастрофы, дорожно-транспортные происшествия, врачебные ошибки часто происходят в ночное время, что явно говорит о связи между сонливостью и снижением мыслительной деятельности мозга. Учитывая важность этого вопроса, многие исследователи посвящают себя изучению возможной связи между нарушениями сна и умственными способности. Например, уже доказано, что кратковременное лишение сна ведёт к когнитивным нарушениям, особенно обучения и памяти. В некоторых исследованиях авторы приходят к выводу, что в этих процессах играет особую роль медленный сон. Другие утверждают, что здесь «пальма первенства» у REM-сна.

Для такого способа «прокачки», не влекущего за собой негативных последствий для организма, необходимо досконально понимать роль сна. И эта работа дала довольно неожиданный ответ на этот вопрос.

Заснул, но не весь

Если принять идею того, что сон нужен для поддержания эффективной работы мозга, было бы логично ожидать, что именно мозг будет наиболее уязвимым к его недостатку органом. Однако, результаты фундаментальных исследований, например, Рехтшаффена и его коллег не подтверждают это предположение. Их эксперименты показали, что полная депривация сна приводит в первую очередь к висцеральным расстройствам (выпадению волос, ухудшению состояния кожи, изъязвлениям в желудочно-кишечном тракте и так далее) и потом к неизбежной гибели. Но мозг при этом не имел никаких явных дегенеративных изменений, что доказал и Сирелли. Это удивительно, поскольку хорошо известно, какое негативное влияние лишение сна оказывает на умственную работу.

В целом в течение длительного времени считается, что сон развивается синхронно во всех областях коры головного мозга млекопитающих. Единственное исключение составляют дельфины, чья ЭЭГ показывает периоды глубокого сна попеременно в правом или левом полушарии.

Однако, позже было показано, что у наземных животных в определённых условиях тоже могут «засыпать» только некоторые области коры, когда в целом организм остаётся бодрствующим. Такой частичный сон может быть особенно опасен, так как ни сам человек, ни другие люди могут не замечать его развитие. В то же время никто не исключает возможные негативные последствия этого.

То явление, которое позже назвали «локальным сном», описано ещё Пигаревым, который изучал зрительную кору кошек. Ее нейроны резко отреагировали на визуальную стимуляцию только в периоды высокой поведенческой активности и часто визуально не отвечали в периоды последующего спокойного бодрствования. Однако, любая сенсорная стимуляция, повышающая бдительность (движение, звук или запах), восстанавливала нейрональный ответ в этой области. Подобную картину обнаруживали и у невыспавшихся людей. Но это уже принципиально иной сценарий.

Что если мозг, как и все другие органы, не нуждается ни в каком специальном отдыхе, связанном с полным прекращением какой-либо функциональности? Что если он подобно компьютеру может эффективно работать в течение длительного времени, а наблюдаемая во время сна «сенсорная изоляция» как раз отражает его переход на обработку другого потока поступающей информации?

Не нужно забывать, что лишенные сна животные умирают не потому, что они становятся слепыми, глухими или забыли путь к еде. Они умирают главным образом из-за множественных висцеральных нарушений практически во всех системах жизнеобеспечения, включая иммунную систему.

Поменяться активностями

Это исследование нейрональной активности коры в цикле бодрствование-сон предлагает взглянуть на другие зависимые от сна механизмы, которые помогут объяснить снижение умственной активности даже при бодрствующем состоянии.

Учёные показали, что кортикальные области, которые обрабатывают сигналы от экстеро- и проприорецепторов (от опорно-двигательного аппарата) во время бодрствования, переключаются во время сна на обработку интероцептивной информации (от внутренних органов). Оказалось, что во время сна вся «вычислительная сила» мозга направлена на восстановление жизненно важных функций внутренних органов. И эти результаты объяснили логику возникновения общего и «местного» сна.

Несоответствие между текущими параметрами состояния любой висцеральной системы и её генетически определённым диапазоном нормы обеспечивает в том числе чувство усталости или сонливости. Если ситуация вокруг в таких случаях позволяет заснуть, организм переходит в нормальный полноценный сон, охватывающий всю кору. Однако, если сразу заснуть пока не представляется возможным, в некоторых областях коры мозга бодрствующего организма может развиться так называемый частичный сон.

Таким образом, исследователи предоставили доказательства висцеральной теории сна, которая вполне логично объясняет то, почему сон начинается. Все эти механизмы авторы объясняют в своей предыдущей статье. Условия же развития локального сна указывают на то, что он возникает на фоне напряжённого бодрствования в тот момент, когда уже очень хочется спать. Для некоторых профессий такой сон, спровоцированный хроническим недосыпом, может не вызывать никаких неприятностей. Однако для профессий, где часто нужно принимать ответственные и сложные решения, особенно во время ночных дежурств, высокий риск негативных последствий очевиден. То есть, например, расстройство желудочно-кишечного тракта, может резко повысить риск ошибочных решений.

Ну и, конечно, не стоит забывать о том, что это явление играет роль такого специфического маркера достаточного сна и может иметь неприятные последствия в том числе для внутренних органов, которые ночью не получают необходимое «внимание» со стороны мозга.

Авторы утверждают, что контроль «сонной» гигиены имеет все основания на то, чтобы стать самым дешёвым, безопасным и наиболее приятным способом, улучшающим мозговые функции.

Текст: Анна Хоружая

Partial sleep in the context of augmentation of brain function by Ivan N. Pigarev and Marina L. Pigareva in Front. Syst. Neurosci. 01 May 2014 https://doi.org/10.3389/fnsys.2014.00075

Выпуск 18: химерный мозг

Выпуск 17: дети и стимуляция мозга

Выпуск 16: нейропротезы для воли

Выпуск 15: фМРТ-практики

Выпуск 14: стимуляция при эпилепсии

Выпуск 13: как электричество может снять боль?

Выпуск 12: что может медитация?

Выпуск 11: от человеческого мозга до мозга глобального

Выпуск 10: этические проблемы интерфейсов «мозг-мозг»

Выпуск 9: просоциальное поведение на фМРТ.

Выпуск 8: руки помощи.

Выпуск 7: почему IQ-тесты не всегда корректно работают?

Выпуск 6: что есть сознание и есть ли оно у интернета?

Выпуск 5: база данных ЭЭГ.

Выпуск 4: интерфейс «мозг-компьютер», прогресс за рамками определений.

Выпуск 3: магнитная стимуляция и поведенческая терапия.

Выпуск 2: как объяснить сознание.

Выпуск 1: нейропротезы замкнутого цикла.

Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.