Kitabı oku: «Зачем мы спим. Новая наука о сне и сновидениях», sayfa 6

4. Обезьяньи постели, динозавры и дрема половиной мозга

Кто спит, как мы спим и сколько?

Кто спит

Когда живые существа начали спать? Может быть, сон появился у человекообразных обезьян? Может, раньше, у рептилий или их водных предков, рыб? У нас нет машины времени, и лучший ответ на этот вопрос можно получить, изучая сон разных представителей животного царства, с доисторических времен до недавних, с эволюционной точки зрения, пор. Такие исследования предоставляют отличную возможность заглянуть далеко в глубь истории и хотя бы приблизительно вычислить, когда сон впервые удостоил своим посещением нашу планету. Как сказал однажды генетик Феодосий Добжанский: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции»¹⁶. В отношении сна разъясняющий ответ проявился гораздо раньше, чем кто-либо мог ожидать, и оказался гораздо более всеохватывающим.

Все виды животных без исключения, изученные до настоящего времени, спят или впадают в весьма похожее состояние¹⁷. Это касается и насекомых, таких как мухи, пчелы, тараканы и скорпионы; и рыб, от маленького окуня до огромной акулы¹⁸; и земноводных, например лягушек; и рептилий, подобных черепахам, комодским варанам и хамелеонам. Все они по-настоящему спят. Поднявшись дальше по эволюционной лестнице, мы обнаружим, что спят все виды птиц и млекопитающих: от попугаев до землероек и кенгуру, полярных медведей, летучих мышей и, разумеется, нас, людей. Сон универсален.

Даже беспозвоночные, такие как первобытные моллюски и иглокожие, и даже простейшие черви наслаждаются периодами дремы. Во время этих фаз они, как и люди, перестают реагировать на внешние раздражители. И точно так же, как и мы засыпаем быстрее и спим крепче при недостатке сна, так и у червяков можно определить это состояние степенью нечувствительности к раздражителям во время экспериментов.

Что это нам дает для понимания возраста сна? Черви появились во время кембрийского взрыва, по меньшей мере 500 миллионов лет назад. То есть черви (и сон по ассоциации) предшествуют всей позвоночной жизни. Отсюда следует вполне логичный вывод, что и динозавры, по всей вероятности, тоже спали. Представьте, как диплодоки и трицератопсы уютно устраиваются на ночь в предвкушении полноценного отдыха!

Если мы спустимся по эволюционной лестнице еще ниже, то обнаружим, что самые простые формы одноклеточных организмов, такие как бактерии, срок жизни которых превышает двадцать четыре часа, имеют активные и пассивные фазы, которые соответствуют циклу чередования света и темноты на нашей планете. Это образец, который мы считаем предшественником нашего собственного циркадного ритма, а с ним – бодрствования и сна.

Многие объяснения необходимости сна крутятся вокруг распространенной, но, вероятно, ошибочной идеи: сон – это состояние, в которое мы должны впадать, чтобы наладить то, что было нарушено бодрствованием. Но что, если взглянуть на этот аргумент с противоположной точки зрения? Если сон настолько полезен, так физиологически благоприятен для каждого аспекта нашего существования, то возникает вполне закономерный вопрос: а зачем вообще просыпаться, учитывая то, насколько биологически пагубным может быть состояние бодрствования. Вот в этом, а не в причинах сна и скрыта истинная эволюционная загадка. Примите эту точку зрения, и мы сможем выдвинуть совершенно непривычную теорию: сон был изначальным состоянием жизни на этой планете, а затем из сна возникло бодрствование. Возможно, это абсурдная гипотеза и никто ее всерьез не воспринимает и не исследует, но лично я не считаю, что она совершенно лишена смысла.

Какая бы из этих двух теорий ни была верна, мы точно знаем: сон – очень древнее явление. Он появился вместе с самыми ранними формами жизни на планете. Как и другие рудиментарные характеристики, такие как ДНК, сон остается связующим звеном между всеми обитателями животного царства. Эта общность существует очень давно, однако в плане сна у разных видов присутствуют поистине удивительные отличия. И таких отличий четыре.

Одно из отличий

Слонам требуется в два раза меньше сна, чем людям, им необходимо всего лишь четыре часа сна в сутки. Тигры и львы в состоянии выдержать и пятнадцать часов ежесуточного сна. Летучая мышь кожан превосходит всех остальных млекопитающих: она спит девятнадцать часов, а бодрствует лишь пять часов в сутки. Одно из самых заметных отличий в сне разных живых существ – общее количество времени сна.

Можно было бы подумать, что причина такой четко выраженной вариабельности потребности во сне очевидна, но это не так. Ни один из вероятных факторов – размер тела, статус охотника или добычи, дневной или ночной образ жизни – никак не объясняет разницу в потребности сна у разных видов существ. Конечно, время сна сходно внутри одной филогенетической категории, поскольку ее представители имеют близкий генетический код. Это, разумеется, верно и для других характеристик внутри вида, таких как сенсорные способности, способы воспроизводства и даже уровень интеллекта. Однако сон нарушает эту надежную модель. Белки и восьмизубы-дегу относятся к одному и тому же семейству – грызунам, однако у них совершенно разная потребность во сне. Первые спят в два раза дольше вторых: 15,9 часа необходимо белке, и 7,7 часа – дегу. И наоборот, вы можете заметить почти одинаковую потребность во сне в совершенно разных семействах. Например, простая морская свинка и не по годам развитой павиан, относящиеся к явно разным генетическим классам, не говоря уж об их размерах, спят одинаковое количество времени – 9,4 часа.

Так что же объясняет разницу во времени сна (и возможно, его потребности) у разных видов, даже генетически близких? Мы точно не знаем. Взаимосвязь между размерами нервной системы, ее сложностью и общей массой тела кажется в какой-то степени значимым показателем, при этом возрастающая сложность мозга относительно размеров тела приводит к увеличению времени сна. Будучи слабой и не совсем последовательной, эта взаимосвязь позволяет предположить, что одной из эволюционных функций, требующих большего времени на сон, является необходимость обслуживать все более сложную нервную систему. Прошли тысячелетия, эволюция увенчала свои текущие достижения появлением мозга, и потребность во сне лишь возросла, подстраиваясь под нужды наиболее ценного из всех физиологических аппаратов.

Однако это еще далеко не вся история. Сон многочисленных живых существ заметно отличается от прогнозов, которые можно сделать, основываясь на этом правиле. Например, опоссум, вес которого почти равен весу крысы, спит на 50 % дольше, набирая в среднем почти восемнадцать часов каждый день. Опоссуму не хватает всего лишь одного часа до сонного рекорда животного царства: первое место в настоящее время удерживает летучая мышь кожан, которая, как уже упоминалось, набирает невероятные девятнадцать часов сна в сутки.

В истории исследований настал момент, когда ученые задались вопросом: не может ли выбор общего количества времени сна в качестве критерия быть неверным способом изучения вопроса, почему сон так значительно отличается у разных видов. Они допустили, что на эту загадку прольет свет оценка качества сна, а не его количества. То есть виды с более качественным сном должны быть способны получить от него все, что им нужно, за более короткое время, и наоборот. Это была отличная идея, вот только мы обнаружили как раз обратную взаимосвязь: те, кто спит больше, спят глубже и более качественно. Действительно, обычный способ оценки качества сна в этих исследованиях (степень невосприимчивости к раздражителям внешнего мира и непрерывность сна) – вероятно, слабый показатель реальной биологической меры качества сна: мы не можем снять его у всех этих видов. А когда сможем, наше понимание отношения между количеством и качеством сна у всего разнообразия видов животного мира, вероятно, объяснит то, что в настоящее время кажется непостижимой картой различий во времени сна.

Пока наша наиболее точная оценка того, почему разные виды нуждаются в разном количестве сна, включает комплексное объединение факторов, таких как пищевой тип (всеядные, травоядные, плотоядные), баланс «охотник – добыча» в пределах среды обитания, наличие и характер социальных связей, скорость обмена веществ и сложность устройства нервной системы. На мой взгляд, все это говорит в пользу того, что сон, вероятно, сформировался силами эволюционного процесса, и он связан с тонким балансированием между ответом на потребности бодрствования ради выживания (например, охота за добычей или получение еды в максимально короткие сроки, чтобы минимизировать расход энергии и риск угрозы), обслуживанием восстановительных физиологических потребностей организма (например, более высокая скорость обмена веществ требует бо́льших усилий по «очистке» во время сна) и удовлетворением более общих требований вида, к которому относится организм.

Тем не менее даже наши самые изощренные прогностические уравнения не способны объяснить широкие разбросы на карте сна: есть виды, которые спят много (например, летучие мыши), и те, что спят мало (например, жирафы, сон которых длится всего четыре-пять часов). Я чувствую, что эти крайности могут содержать ключи для решения загадки потребности во сне. Они остаются восхитительно разочаровывающей возможностью для тех из нас, кто пытается взломать код сна в животном царстве, и в рамках этого кода – пока еще не разгаданные преимущества сна, о которых мы и подумать не могли.

Зачем снятся сны

Другим примечательным различием сна у разных видов является его структура. Не все виды испытывают все фазы сна. Каждый вид, у которого мы можем определить фазы сна, проходит через ФМС – фазу, во время которой сновидения отсутствуют. Однако насекомые, амфибии, рыбы и большинство рептилий не демонстрируют явных признаков БДГ-сна – фазы, которая ассоциируется со сновидениями у людей. Только птицы и млекопитающие, которые в процессе эволюции животного мира появились позднее, испытывают полноценную фазу БДГ-сна. Это позволяет предположить, что сон со сновидениями (БДГ) – новый игрок на этом сегменте эволюционного поля. Похоже, БДГ-сон появился для поддержки функций, которые ФМС-сон в одиночку выполнить не мог, или же БДГ-сон выполнял их более эффективно.

Существует еще одна аномалия. Я сказал, что все млекопитающие имеют фазу быстрого сна, но вокруг китообразных, или водных млекопитающих, и по сей день идут споры. Определенные виды этих обитателей океана, такие как дельфины и косатки, отказались от быстрого сна, у них эта фаза вообще отсутствует. Несмотря на то что в 1969 году был зафиксирован один случай, позволяющий предположить, что черный дельфин гринда в течение шести минут находился в фазе быстрого сна, большинство наших оценок до настоящего времени не выявили у морских млекопитающих быстрого сна – по крайней мере, того, что сомнологи называют настоящим быстрым сном. С одной стороны, это имеет смысл: когда организм вступает в фазу быстрого сна, мозг парализует тело, делая его безвольным и неподвижным. Плавание жизненно важно для водных млекопитающих, поскольку они всплывают на поверхность, чтобы дышать. При полном параличе во время сна они не смогли бы плавать и просто утонули.

Загадка усложняется, когда мы рассматриваем ластоногих (pinnipeds – одно из моих любимых словечек, образованное от латинских слов pinna – «плавник» и pedis – «нога»), например морских котиков. Будучи частично водными животными, они проводят время и на суше, и в воде. Когда они отдыхают на суше, то, как и люди, и другие наземные животные, а также птицы, проходят фазы как медленного, так и быстрого сна. Но когда они попадают в океан, у них почти полностью исчезает фаза быстрого сна. В воде у морских котиков остается лишь малая толика быстрого сна – 5–10 % от всей фазы, которую эти животные полноценно могут проживать на суше. У котиков, проведших в воде порядка двух недель, не было зафиксировано фазы быстрого сна – по всей вероятности, они выживают за счет «сонной диеты» фазы медленного сна.

Такие аномалии не обязательно бросают вызов пользе быстрого сна. Как мы увидим в третьей части этой книги, быстрый сон и даже сновидения чрезвычайно полезны и нужны тем видам, которым они доступны. И этот факт подтверждает то, что вышеописанные животные не утрачивают фазу быстрого сна вовсе – она возвращается к ним с выходом на сушу. Просто в океане погружение в быстрый сон для таких животных невозможно, да и не нужно. Мы предполагаем, что в это время они обходятся скромным медленным сном, как это, вероятно, делают дельфины и киты.

Лично я не верю, что у водных млекопитающих полностью отсутствует фаза быстрого сна (хотя некоторые мои коллеги будут утверждать, что я ошибаюсь). Я считаю, что у этих млекопитающих фаза быстрого сна в океане представляет собой нечто отличное и более трудное для распознавания: она короче по своей природе, происходит тогда, когда мы не в состоянии ее наблюдать, или выражается такими способами и прячется в таких отделах мозга, которые мы пока не способны исследовать.

В защиту моей бунтарской точки зрения замечу, что когда-то считалось, что яйцекладущие млекопитающие, такие как австралийская ехидна и утконос, не имеют фазы быстрого сна. Но, как оказалось, и у них эта фаза сна есть – или, по крайней мере, ее подобие. Внешняя поверхность их мозга, то есть кора, с которой ученые считывают мозговые волны сна, не демонстрирует переменчивых, хаотических черт активности быстрого сна. Но когда ученые заглянули чуть глубже, замечательные вспышки электрической волновой активности мозга во время быстрого сна были обнаружены в основании мозга. Эти волны оказались прекрасно сопоставимы с импульсами, наблюдаемыми у всех млекопитающих. Если хотите знать, утконос генерирует больше электрической активности БДГ такого вида, чем какое-либо другое млекопитающее! Так что и это животное все-таки проходит фазу быстрого сна – по крайней мере, его бета-версию, которую впервые удалось выявить у этих более древних с эволюционной точки зрения млекопитающих. Полностью действующая, занимающая весь мозг версия быстрого сна, по-видимому, возникла у более развитых млекопитающих, появившихся значительно позже. Я полагаю, что аналогичные импульсы атипичного, но тем не менее возникающего БДГ-сна мы в конечном итоге сможем наблюдать у дельфинов, китов и котиков, даже когда они находятся в воде. В конце концов, «отсутствие доказательств не есть доказательство отсутствия»¹⁹.

Более интригующим, чем невыраженность быстрого сна в водном уголке царства млекопитающих, представляется тот факт, что птицы и млекопитающие возникли раздельно. Таким образом, возможно, что в процессе эволюции быстрый сон рождался дважды: однажды для птиц и однажды для млекопитающих. Распространившаяся эволюционная необходимость, возможно, сотворила быстрый сон для тех и других, подобно тому как по-разному развивались глаза у различных биологических видов, сохраняя при этом общую цель – дать возможность визуального восприятия. Когда в ходе эволюционного развития фактор повторяется даже в независимых и неродственных родах, это, как правило, свидетельствует о фундаментальной потребности.

Однако самые недавние исследования позволяют сделать предположение, что простейшую фазу быстрого сна переживает и бородатая агама, которая на временно́й шкале эволюции находится гораздо раньше птиц и млекопитающих. Если это открытие подтвердится, то можно будет сделать предположение, что первоначальное зерно быстрого сна начало прорастать по крайней мере на 100 миллионов лет раньше, чем по нашим первоначальным оценкам. Это общее для некоторых рептилий зерно, возможно, переродилось в полную форму БДГ-сна, которую мы теперь наблюдаем у птиц и млекопитающих, включая людей.

Независимо от того, когда в ходе эволюции возник настоящий БДГ-сон, мы приходим к пониманию, почему во время быстрого сна возникают сновидения, какие жизненно важные функции он поддерживает в теплокровном мире птиц и млекопитающих (например, здоровье сердечно-сосудистой системы, эмоциональное восстановление, ассоциативную память, способность к творчеству, терморегуляцию) и видят ли сны другие виды. Мы это обсудим позже, но похоже, что видят.

Оставим вопрос о том, все ли млекопитающие окунаются в фазу быстрого сна; бесспорно то, что в ходе эволюции первым появился медленный сон. Эта исходная форма сна, вышедшего из-за творческого занавеса эволюции, и есть истинный первопроходец. Это первенство приводит к другому интригующему вопросу, который мне задают почти на каждой публичной лекции: какой тип сна – медленный или быстрый – более важен? Который из них нам действительно необходим?

Есть множество способов определить «важность» и «необходимость» той или иной фазы, как и множество вариантов ответа на этот вопрос. Но, вероятно, самый простой способ – взять для эксперимента птицу или млекопитающее, которые испытывают обе фазы сна, и не давать животному спать в течение всей ночи и последующего дня. Таким образом мы лишаем существо медленного и быстрого сна и создаем условия равного голодания в каждой фазе. Вопрос заключается в следующем: какой тип сна предпочтет мозг, когда в ночь восстановления вы предоставите ему шанс испытать оба? Медленный и быстрый сон в равных пропорциях? А может, одного больше, чем другого, – тогда какого именно?

Этот эксперимент проводился уже много раз, как на птицах и млекопитающих, так и на людях. В ходе экспериментов были получены два четких результата. Первый, не вызывающий особого удивления: в ночь восстановления продолжительность сна гораздо дольше (десять или даже двенадцать часов у людей), чем в обычную ночь без предыдущего лишения сна (для нас это восемь часов). Компенсируя недосып, мы, естественно, стараемся отоспаться.

Второе: медленный сон возвращается более мощной волной. После полного лишения сна в первую же ночь мозг потребит бóльшую порцию глубокого медленного сна, что свидетельствует о неравномерности испытанного голода. Несмотря на то что на шведском столе восстановительного сна предлагаются оба типа, мозг предпочитает положить себе на тарелку гораздо больше глубокого медленного сна. Следовательно, в сражении за значимость выигрывает медленный сон. Или нет?

Если вы продолжите записывать волны сна во вторую, третью и даже четвертую ночь восстановления, ситуация изменится на противоположную. Теперь с каждым возвращением к фуршетному столу быстрый сон становится основным блюдом, а медленный отходит на второй план. Таким образом, обе фазы сна важны для живого организма. Мы пытаемся восстановить одну (медленную) фазу чуть раньше, чем вторую (быструю); но, будьте уверены, мозг постарается спасти обе и компенсировать причиненное неудобство. Однако важно заметить, что независимо от своих восстановительных возможностей мозг никак не может восполнить количество потерянного сна. Это верно как в отношении всего времени сна, так и его медленной и быстрой фаз. Так что людям (и всем другим видам животного мира) никогда не удастся «отоспать» то, что перед этим было утеряно. Эта мысль – одна из наиболее значимых в данной книге, а о печальных последствиях подобного недобора я расскажу в главах 7 и 8.

Если бы только люди могли

Третье основание удивительных различий сна внутри животного мира – это то, как мы это делаем. Здесь разнообразие настолько замечательное, что в некоторых случаях в него просто невозможно поверить. Возьмите китообразных, например дельфинов и собственно китов. Во время сна, в котором присутствует только медленная фаза, эти млекопитающие могут задействовать лишь одно полушарие мозга! Вторая половина остается в бодрствующем состоянии, поддерживая жизненно необходимую активность организма в водной среде. Одна половина мозга будет время от времени впадать в прекрасный медленный сон, глубокие, мощные и ритмичные волны которого будут насыщать все полушарие, в то время как вторая половина окажется во власти бурной нейронной активности, полностью соответствующей состоянию бодрствования. И это несмотря на то, что оба полушария, как и у людей, неразрывно скреплены мощными пучками перекрещивающихся волокон и расположены в каких-то миллиметрах друг от друга.

Разумеется, обе половинки мозга дельфина могут бодрствовать одновременно и действовать согласованно. Но когда наступает время спать, полушария мозга разъединяются и начинают действовать независимо: одно полушарие продолжает бодрствовать, а второе погружается в сон. После того как одна из половинок мозга получает свою порцию сна, полушария переключаются, и ранее бодрствовавшая часть мозга получает возможность насладиться заслуженным периодом глубокого медленного сна. Даже с одним бодрствующим полушарием дельфины могут достаточно активно двигаться и общаться с помощью звуковых сигналов.

Нейроинженерия и замысловатая структура, необходимые для демонстрации этого потрясающего трюка оппозиционной активности мозга по принципу «включено/выключено», встречаются достаточно редко. Мать-природа наверняка могла бы найти способ полностью избежать сна в условиях передвижения в воде 24 часа семь дней в неделю. Возможно, это было бы легче, чем управлять запутанным графиком работы полушарий, в то же время позволяя нервной системе осуществлять совместную эксплуатацию обеих половинок во время бодрствования? Видимо, нет. Сон – настолько жизненно важная потребность организма, что даже его эволюционные потребности, например от рождения до смерти непрерывно держаться на воде, отходят на второй план, но у матери-природы не было выбора. Погружаться в сон обеими половинками мозга или позволять полушариям спать по очереди, не имеет принципиального значения – главное, что спать вы должны, и этот факт не подлежит обсуждению.

Дар глубокого медленного сна одним полушарием присущ не только водным млекопитающим. Птицы тоже могут это делать. Однако для них существует несколько иная причина, но столь же жизненно важная: такой способ сна позволяет пернатым не терять бдительности. Когда птица остается одна, половина мозга и соответствующий ей (противоположный)²⁰ глаз остаются бодрствовать, отслеживая возможные угрозы окружающего мира. Но второй глаз при этом закрывается, а соответствующая половина мозга отправляется спать.

Дело становится еще интереснее, когда птицы объединяются. У некоторых стайных видов птицы спят сразу обеими половинками мозга. Как же тогда они защищаются от возможных опасностей? Ответ весьма оригинален. Сначала стая выстраивается в своего рода шеренгу, и те птицы, которые оказываются внутри этого построения, могут позволить себе заснуть по-настоящему, но птахи, сидящие на краю правого и левого флангов шеренги, вынуждены спать лишь одной половинкой мозга, оставляя соответственно свои левый и правый глаза широко открытыми. Таким образом они обеспечивают панорамный обзор и отслеживают возможные для стаи угрозы, позволяя остальным птицам получить полноценный сон. В какой-то момент право- и левофланговый стражи разворачиваются на 180˚ и снова засыпают, но уже задействовав вторую половину мозга.

Мы же, обыкновенные люди, и многие другие наземные животные оказываемся менее искусными в вопросах сна, чем птицы и водные млекопитающие, поскольку не способны принимать лекарство медленного сна одним полушарием. Или все-таки способны?

Два недавно опубликованных доклада позволяют предположить, что люди все-таки обладают способностью погружаться в очень умеренную разновидность однополушарного сна, причем обнаруживается эта способность в сходных тревожащих условиях. Если вы сравните амплитуду волн полушарий мозга человека, спящего дома, они будут приблизительно одинаковы. Но если вы приведете этого человека в лабораторию сна или оставите ночевать в отеле, то есть поместите его в непривычные условия сна, одно полушарие мозга, оценив потенциально менее безопасное окружение, будет спать более чутко, выполняя сторожевую функцию. Чем больше ночей человек проспит на новом месте, тем более похожими станут волны каждого из полушарий. Вероятно, именно по этой причине многие из нас так плохо спят в отеле в первую ночь.

Однако этому феномену далеко до полного разделения между бодрствованием и настоящим глубоким сном, которое происходит в полушариях птиц и дельфинов. В фазе медленного сна люди просто обязаны спать обоими полушариями. Но только вообразите, какие перед нами открылись бы возможности, если бы мы могли поочередно давать отдых каждому полушарию своего мозга.

Следует заметить, что подобное разделение не касается быстрого сна, независимо от того, к какому виду представителей животного мира вы относитесь. В фазе быстрого сна у всех птиц, вне зависимости от их среды обитания, спят обе половинки мозга. Эта особенность характерна для всех видов, способных видеть сновидения, в том числе и для человека. Каковы бы ни были функции сновидений во время быстрого сна – а их, по-видимому, много, – они одновременно и в равной степени требуют участия обоих полушарий мозга.