Журнал эволюционной биохимии и физиологии, 2023, T. 59, № 2, стр. 79-89

ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ ГОЛОВНЫМ МОЗГОМ В МЕДЛЕННОМ СНЕ OFF LINE

Идея о том, что в процессе сна происходит какая-то переработка той информации, которая была получена в предшествующем бодрствовании, возникла с появлением первых счетно-решающих устройств. И по сию пору эта идея является повсеместно принятой – она высказывается во всех без исключения книгах и учебниках по нейро- и психофизиологии и в большинстве обзорных статей по проблеме сна. Считается, что мозг и во сне способен к обработке поступающих сенсорных сигналов, поскольку “полная изоляция от внешней среды представляла бы огромный эволюционный риск”. Ряд исследований, особенно появившихся в последнее десятилетие, указывает на ограниченную возможность некоторых форм обучения, в частности, выработки при определенных условиях классических условных рефлексов во сне [3]. Предполагается, что это основная (или одна из основных), жизненно необходимая функция сна, ответственная за его восстановительные свойства по отношению к организму в целом.

Однако уже в первых исследованиях нейронной активности подопытных животных в естественном цикле сон-бодрствование эта гипотеза была поставлена под сомнение. Как хорошо известно, при переходе от бодрого состояния к медленному сну “индивидуальный” характер разрядов пирамидных нейронов неокортекса сменяется на “хоровой” режим “пачка-пауза” [4, 5]. При этом происходит резкая смена длительной предельной гиперполяризации – глубокого торможения клеток (до –75 мВ, в отдельных случаях – до –90 мВ) и предельной деполяризации (–61 мВ), сопровождаемой экзальтацией – мощными вспышками потенциалов действия. Такой характер работы нейронов, порождающий в суммарной ЭЭГ ритм сонных веретен и дельта-волн, крайне неблагоприятен для приема, переработки и передачи информации нейронами. Основываясь на своих работах с Д. Риццолатти в Университете Пармы и на других исследованиях итальянских авторов, выполненных в конце 1960-х – начале 1970-х годов путeм внеклеточной регистрации активности одиночных нейронов на ненаркотизированных кошках, Л.М. Мухаметов¹¹ писал в 1977 г.: “…на фоне рисунка “пачка–пауза” для нормального поступления информации в систему таламус-кора возникает барьер на таламическом уровне. По этим же причинам должно быть затруднено распространение информации по таламусу между его различными ядрами и по различным полям коры головного мозга. Следовательно, во время медленного сна на кортикоталамическом уровне обработка информации существенно затруднена. На этом основании можно высказать предположение, что во время медленного сна (в отличие от быстрого) невозможно координированное осуществление сложных психических функций” [6].

В дальнейшем результаты исследований итальянской школы были полностью подтверждены и развиты И. Тимофеевым и другими сотрудниками лаборатории М. Стериаде (Лаваль, Квебек, Канада) [4, 5], а также в лабораториях США и других стран [7]. Однако ни один исследователь “не посмел” сделать столь радикального вывода, как приведенный выше. Все они оставались в рамках традиционной парадигмы относительно “переработки в медленном сне информации, полученной в предшествующем бодрствовании, необходимой для формирования долговременной памяти” и т.д. Считалось и считается, что эта функция глубокого медленного сна (стадии 3 у человека, или “дельта-сна”) жизненно важна, так как именно эта стадия первой восстанавливается после более или менее длительного периода лишения или ограничения продолжительности сна как у человека, так и у подопытных животных.

Но ведь такое поведение нейронов таламокортикального комплекса, субстрата высших психических функций человека, и есть, собственно говоря, то самое “разлитое корковое торможение”, с гениальной интуицией предсказанное И.П. Павловым сто лет назад. Казалось бы, современные представления об “активности спящего мозга” навсегда “похоронили” эту Павловскую гипотезу. Однако всe дело в том, что раньше такое состояние неправильно понимали, как “выключение” нейронов из их активной работы. Такое тоже имеет место, но только у холоднокровных позвоночных в состоянии покоя, когда организм животного остывает [8]. У млекопитающих эти нейроны никогда не “замолкают”, но лишь перестраивают свою работу, коренным образом меняя рисунок разрядов в медленном сне. При этом по коре быстро распространяются тормозные процессы, опосредуемые активностью длинноаксонных нейронов “центров сна” в вентролатеральной и срединной преоптической области, в базальной области переднего мозга и в ретикулярном таламическом ядре, а также короткоаксонных интернейронов самой коры. Все эти клетки выделяют ГАМК – главный тормозный медиатор головного мозга, а также тормозные нейропептиды – галанин, меланин-концентрирующий гормон и др. Кроме того, в местах скопления тормозных нейронов повышается концентрация аденозина, основного модулятора перевода организма из бордствующего в сонное состояние, опосредуемого рецепторами A2A [9]. Возникающее в фазе медленного (но, разумеется, не быстрого!) сна состояние новой коры (точнее, таламокортикального комплекса) вполне адекватно описывается термином “разлитое корковое торможение”.

Кроме результатов прямого изучения нейронной активности, со временем накапливается всe больше косвенного материала – клинического, психофизиологического и экспериментального, который в рамки традиционных представлений об “обработке информации мозгом” как жизненно важной функции сна, без которой организм не может обойтись, никак не укладывается. Такие представления, в рамках которых развивается современная сомнология, Ю.В. Панчин назвал “Indispensable Sleep Scenario, ISS” (“сценарий обязательного сна”) [10]. Так, в историю медицины вошел уникальный случай многомесячной агрипнии (полного отсутствия сна), описанный М. Жуве. Это был больной редкой болезнью, называемой хорея Морвана, который находился под круглосуточным непрерывным полисомнографическим контролем в течение четырех месяцев в 1974 г., вплоть до своей смерти (которая последовала, несмотря на все усилия врачей спасти его). Этот пациент сохранял способность к нормальной умственной деятельности; оставалась совершенно ненарушенной его кратковременная и долговременная память, а также способность к обучению и концентрации внимания. “Система бодрствования нашего больного показала […] исключительную неутомляемость на протяжении нескольких месяцев в отсутствие активной системы сна, призванной ее тормозить […]. Человек, лишенный в течение четырех месяцев сна и сновидений, от которых осталось лишь нескольких минут ночных галлюцинаций, оказывается, может днем читать газеты, составлять планы, играть в карты и выигрывать, и при этом лежать в темноте на кровати всю ночь без сна!.. Получается, что медленный и парадоксальный сон не являются необходимыми для жизни…” [11].

В дальнейшем были описаны еще несколько подобных клинических случаев полного выпадения всего сна [12, 13]. Кроме этого имеются полисомнографически подтвержденные данные (в том числе приводимые самим Жуве в вышеупомянутой книге) о “малоспящих” людях, не испытывающих ни повышенной дневной сонливости, ни каких-либо особых психологических или физиологических затруднений [14, 15]. Показано, что некоторые вариации генома (в рамках популяционного полиморфизма) сильно сокращают сон человека без каких-либо побочных эффектов. Несколько человеческих мутаций, сильно влияющих на этот фенотип, были недавно идентифицированы прямым генетическим скринингом в семьях с так называемым естественным коротким сном (FNSS). Члены таких семей спят 4–6 ч в сутки (т.е., 3–4 цикла вместо 5–6 в норме), чувствуют себя хорошо отдохнувшими и не проявляют явных нарушений, обычно возникающих при хроническим недосыпании. Одна из таких мутаций связана с часовыми генами [16], другая – с β1-адренорецептором [17], третья – с рецептором 1-го типа нейропептида S [18]. Все эти гены кодируют разные семейства белков без очевидного функционального перекрытия или участия в общих известных сигнальных путях. Экспериментальное внедрение таких мутаций в геном мышей также приводило к сокращению суточной представленности (доли) медленного сна. Полученные в результате подобных генноинженерных манипуляций “короткоспящие” линии лабораторных мышей также существуют без видимых поведенческих нарушений и сокращения продолжительности жизни.

Хотя “неспящие” животные в дикой природе не обнаружены, но колоссальный разброс средней ежесуточной продолжительности естественного сна (от двух часов у слонов [19] до 20 ч у некоторых видов летучих мышей [20]) также плохо совместим с гипотезой “обработки информации”. Как отмечается в многочисленных обзорно-теоретических работах на эту тему, все звери, обладающие экологическим преимуществом “безопасного сна”, всегда используют его в полной мере – у них суммарная суточная продолжительность сна высокая (12 ч и выше). А тем млекопитающим, которые в силу своей экологии являются жертвами хищников, либо питаются низкокалорийной растительной пищей и вынуждены тратить бо́льшую часть времени суток на еe поиски, кормление и пережeвывание, – приходится довольствоваться минимальной продолжительностью суточного сна (2–4 ч) [21]. Таким образом, обнаруживается высокая корреляция продолжительности сна с образом жизни, экологией данного вида, а вовсе не с его “когнитивным уровнем” (что можно было бы ожидать, исходя из гипотезы “обработки информации”): человек и некоторые наиболее “умные” млекопитающие, например, слоны, относятся к наименее спящим видам.

У птицы – большого фрегата – во время многосуточного “беспосадочного” полета зарегистрировано по ЭЭГ лишь менее 7% (40 мин/24 ч) той продолжительности сна, которая отмечается у него на суше (7 ч/24 ч). Однако по возвращении в гнездо выраженной “отдачи” сна не наблюдалось [22]. Иными словами, потребность во сне практически исчезала на время полeта и вновь возвращалась при приземлении. Некоторые птицы значительно сокращают суточную продолжительность сна в период спаривания. В результате самцы, которые спят меньше, спариваются с бо́льшим числом самок. Судя по частоте встречаемости птиц и их выживаемости, сокращение продолжительности сна в период размножения не имеет негативных последствий для их физиологического состояния [23]. Всe это также плохо согласуется с вышеизложенной гипотезой “обработки информации” во сне.

В последние годы всe более широкое распространение получает представление о наличии психической активности в фазе медленного сна, якобы “неотличимой” от сновидений быстрого сна [24]. Такие взгляды связаны, на наш взгляд, с чрезмерно доверчивым, некритическим отношением исследователей и врачей к так называемым “отчeтам” испытуемых и пациентов, а по сути – к их безответственному резонeрству. Сторонники подобных рассуждений почему-то упускают из вида то простое соображение, что, если бы это действительно было так, то означало бы полный разрыв между ЭЭГ и психическими процессами: не только различные психические процессы могут происходить на одном и том же ЭЭГ-фоне (что хорошо известно), но и одинаковые психические процессы – на совершенно различном ЭЭГ-фоне! На самом деле психическая активность в медленном сне, если не исчезает полностью, то носит иной характер, и ее главное отличие от сновидений быстрого сна – отсутствие ярко выраженной эмоциональности. Состояние сознания в медленном сне следует обозначать другими терминами: гипнагогические галлюцинации (в стадии 1), “мыслеподобная” активность (в стадиях 2 и 3). В целом наиболее “надeжные” психологические исследования – опросы пациентов и здоровых испытуемых непосредственно при пробуждении из разных стадий сна, – несомненно, свидетельствуют в пользу вышеприведенного предположения Л.М. Мухаметова (полувековой давности!), что во время медленного сна (в отличие от быстрого) невозможно (или, по крайней мере, значительно затруднено) координированное осуществление сложных психических функций.

ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ ГОЛОВНЫМ МОЗГОМ В МЕДЛЕННОМ СНЕ ON-LINE

Несколько лет назад И.Н. Пигарeв²² опубликовал оригинальную гипотезу функционального назначения медленного сна. Согласно его предположению, основанному на собственных экспериментах с помощью внеклеточной регистрации активности одиночных нейронов на ненаркотизированных кошках, во время медленного сна продолжается обработка зрительной и слуховой корой мозга информации в режиме реального времени, но уже не экстеро-, а интероцептивной. Висцеральная гипотеза сна, названная им теорией, предполагает, что во сне (имеется в виду, очевидно, медленный сон) центральная нервная система, в частности, кора больших полушарий, переключается с анализа экстероцептивной информации на анализ сигналов, поступающих от интерорецепторов, распределенных во всех системах живого организма [25]. При смене корковой афферентации во сне изменяются направления и эфферентных потоков из коры мозга, переключающихся со структур, обеспечивающих поведение в окружающей среде, на структуры, обеспечивающие эффективную работу всех висцеральных систем. Пигарeв полагал, что многие патологические состояния, связанные с циклом сон-бодрствование, могут быть объяснены нарушениями синхронности переключений потоков информации в кору мозга и из коры при переходе от бодрствования ко сну и обратно.

Надо сказать, что гипотеза Пигарeва получила широкую известность, не раз подвергалась серьезной критике (указывалось, в частности, что факт реакции на стимул не обязательно означает, что клетка анализирует “информацию”), но за все прошедшие годы не получила ни независимых подтверждений, ни опровержений. Она коренным образом противоречит “энцефалоцентрической” идее известного гарвардского сомнолога А. Хобсона, провозгласившего в своe время: “Сон мозга, из мозга и для мозга” (“sleep is of the brain, by the brain and for the brain”) [26], но также плохо согласуется и с идеей Л.М. Мухаметова, и со всеми другими вышеизложенными контраргументами в отношении гипотезы “переработки информации” во сне (неважно, какой – экстеро- или интероцептивной). Высказывалось предположение, что нейрофизиологической основой гипотезы И.Н. Пигарeва могут служить низкопороговые кальциевые каналы, локализованные на соме нейронов. Оптимальными условиями для их срабатывания, действительно, являются именно гиперполяризационные изменения мембранного потенциала, доминирующие в медленном сне [5]. Однако такие процессы должны быть в той же мере пригодны и для обработки экстероцептивных сигналов. Но экспериментальных подтверждений, ни тому, ни другому, пока не получено.

Резюмируем все эти разрозненные аргументы по обработке информации головным мозгом в медленном сне, а именно:

А. Нейрофизиологический аргумент

(1) переход пирамидных нейронов таламо-кортикального комплекса на время медленного сна в “хоровой” режим импульсации “пачка–пауза”, малопригодный для обработки информации;

Б. Клинический аргумент

(2) case report – описание больного хореей Морвана, не спавшего ни минуты на протяжении 4 мес. (под непрерывным ЭЭГ-контролем) без всякой потребности во сне и без каких-либо когнитивных нарушений;

В. Генетические аргументы

(3) обнаружение популяционных генных полиморфизмов, приводящих к значительному укорочению ночного сна человека без всяких признаков дневной сонливости или каких-либо когнитивных нарушений;

(4) создание генетически модифицированных линий мышей со значительно укороченным суточным сном, не демонстрирующих ни нарушений поведения, ни сокращения продолжительности жизни;

В. Экологические аргументы

(5) обнаружение связи продолжительности суточного сна с экологией данного вида, а не с его “интеллектом”;

(6) временное исчезновение потребности во сне в связи с экологической необходимостью у некоторых видов птиц.

Из всего этого, несколько утрируя, но не слишком, можно сделать предварительный вывод о том, что в медленном сне фактически никакой обработки информации головным мозгом не происходит. Образно говоря, во время медленного сна таламокортикальная система находится в режиме функциональной изоляции, своего рода “холостого хода”. Такой вывод можно рассматривать в пользу классической гипотезы “разлитого коркового торможения”, происходящего во время медленного сна.

ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ ГОЛОВНЫМ МОЗГОМ В БЫСТРОМ СНЕ OFF LINE

Быстрый, или парадоксальный (REM) сон – это особое состояние организма теплокровных животных, характеризующееся исключительно высокой активацией головного мозга на фоне “отключения” сенсорных систем и глубокого торможения спинного мозга [2]. Нет сомнений в происходящей в быстром сне весьма интенсивной переработке информации головным мозгом [27]. Многочисленные доказательства этому получены и на нейрональном, и на метаболическом уровне. Об этом же говорят и психологические исследования – отчеты испытуемых и пациентов об эмоционально насыщенных, ярких сновидениях. При всех хорошо изученных радикальных различиях между двумя фазами сна есть одно очень важное, что их объединяет: это функциональная изоляция переднего мозга как от афферентных, так и от эфферентных потоков. И если последние изучены в быстром сне довольно хорошо, что связано с такими патологиями, как нарколепсия с катаплексией [28], расстройства поведения в быстром сне (RBD) [29] и синдром беспокойных ног (RLS) [30], то блокада сенсорных входов в быстром сне остается почти не изученной. Тем не менее не будет большой ошибкой предположить, что информация в быстром сне обрабатывается главным образом (если не исключительно) off-line. Эта информация, образы, извлекаемые из памяти спящим, но высокоактивным головным мозгом, причудливым образом деформируются и комбинируются, реализуясь на психическом уровне в виде особого измененного сознания – ярко эмоционально окрашенных сновидений, которые, видимо, очень плохо запоминаются. Результаты нейросканирования показывают значительное снижение кровотока и обмена в области дорзолатеральной префронтальной коры, которая в нейропсихологии считается зоной, вовлеченной в процесс формирования рабочей памяти [31].

Как известно, быстрый сон преобладает в раннем онтогенезе; так, у новорожденного ребенка половину времени всего сна (8 ч из 16) занимает так называемый активированный сон, который считается предшественником быстрого сна взрослых. По мере созревания мозговой ткани суточная продолжительность быстрого сна снижается и по прекращении нейрогенеза, в возрасте 5–9 лет, достигает взрослых значений (1.5–2 ч за ночь) [32]. Как писали Ф. Крик и Г. Митчисон [33], если пытаться объяснить функцию быстрого сна (REM-сна, по их терминологии) с точки зрения биологии развития (как необходимый элемент клеточной пролиферации, процесса созревания и формирования нервной системы), то остается непонятным, зачем эта фаза сна сохраняется у взрослых людей и животных (причем, у некоторых видов – весьма значительный еe процент), когда митозы нервных клеток давно завершены? Если же объяснять функцию быстрого сна с психологической точки зрения (для реализации сновидений, поисковой активности, эмоционального равновесия, формирования долговременной памяти, перевода генетической информации в нейрологическую и т.д. и т.п.), то непонятно, почему же это состояние доминирует именно в раннем онтогенезе (когда ни сознания, ни поведения, ни памяти в явном виде еще нет) и резко сокращается при созревании “высших психических функций”?

Неожиданными для авторов всех этих гипотез явились сообщения о том, что среди нас, оказывается, есть люди с полным (или почти полным) отсутствием быстрого сна, прекрасно живущие и успешно работающие много лет. И у них не наблюдается никакого ухудшения памяти и дефицита когнитивных способностей. В первую очередь речь идет об известном пациенте израильского сомнолога П. Лави [34]. Этот мужчина в возрасте 20 лет получил тяжелое шрапнельное ранение в голову – металлические осколки застряли в его стволе мозга, таламусе и мозжечке. После травмы он 10 дней находился в коме, еще две недели оставался в критическом состоянии, но затем постепенно восстановился, завершил образование, стал профессиональным юристом, художником-любителем и даже подрабатывал составлением кроссвордов в городской газете. Когда ему было 33 года, родственники отвезли его в лабораторию сна Университета Технион в Хайфе. Причиной стали его ночные крики во сне, похожие на те, которые иногда издают дети (pavor nocturnus). Полисомнографические записи у этого пациента проводились в лаборатории в течение 8 ночей. Он мало спал – в среднем 4.5 ч (т.е. 3 нормальных цикла), но сама цикличность была нарушена и, к удивлению врачей, у него вообще не было эпизодов быстрого сна в первые 3 ночи. Затем такие эпизоды стали появляться в конце всего периода сна, под утро, но были очень короткими – в среднем один эпизод за ночь продолжительностью 6 мин (вместо обычных 4–6 эпизодов суммарной продолжительностью 1.5–2 ч). У этого пациента не наблюдалось никакого ухудшения интеллекта и памяти. Несмотря на инвалидность, он работал и вел нормальный образ жизни.

Через 35 лет этого человека разыскали и вновь подвергли тщательному полисомнографическому обследованию в сочетании с психологическим тестированием [35]. Теперь ему было уже 68 лет. В лаборатории он спал в среднем по 6 ч за ночь (т.е. 4 цикла), и быстрый сон занимал в среднем 16 мин (от 0 до 3 коротких эпизодов в конце сна). Тестирование выявило абсолютно нормальные показатели по всем шкалам (уровень от среднего до выше среднего), включая память, интеллект и когнитивные способности. Таким образом, человек, практически всю свою взрослую жизнь проживший (почти) без быстрого сна, не продемонстрировал никаких нарушений, которые можно было бы отнести на счет его отсутствия. П. Лави заявил, что “он, наверное, самый нормальный человек, которого я знаю, и один из самых успешных” [36].

Разумеется, такие случаи крайне редки – обычно разрушения в ростральной области ствола несовместимы с жизнью. Однако опубликована еще пара свидетельств того, что изредка люди с ограниченными поражениями в этой области и полным (или почти полным) выпадением REM сна могут постепенно восстанавливаться и вести нормальный образ жизни, причем ни в одном случае не наблюдалось никаких когнитивных нарушений [37]. Другое свидетельство возможности “жить без быстрого сна” предоставлено психофармакологией. Хорошо известно, что бóльшая часть антидепрессантов (трициклические препараты и селективные ингибиторы обратного захвата серотонина – СИОЗС) глубоко подавляют быстрый сон. Особенно эффективны в этом отношении ингибиторы МАО, которые могут практически полностью подавлять быстрый сон на месяцы и годы. А СИОЗС обладают способностью подавлять быстрый сон без последующей отдачи, т.е. устранять саму потребность в быстром сне. Миллионы пациентов во всем мире принимали и принимают эти лекарства. Не было зарегистрировано ни одного случая когнитивных нарушений; вместо этого есть некоторые доказательства того, что ингибиторы МАО и СИОЗС даже улучшают память! Напротив, последнее поколение бензодиазепинов, используемых в качестве снотворных и практически не нарушающих продолжительность и распределение быстрого сна, оказывает выраженное пагубное влияние на память из-за воздействия этих препаратов на сигнальную систему ГАМК [38].

Недавно исследователями из Японии была обнаружена особая роль определенных мускариновых рецепторов в регуляции быстрого сна. Были выявлены два мускариновых рецептора из пяти существующих, нокаутирование гена каждого из которых значительно нарушает нормальное протекание быстрого сна у мышей: нокаутирование гена Chrm3 вызывает фрагментацию быстрого сна, а гена Chrm1 – сокращение его продолжительности. Но самый удивительный результат ожидал Niwa и соавт., когда они произвели дабл-нокаут по обоим генам. У этих мышей быстрый сон вообще исчез [39]. К сожалению, ничего не сообщается о фенотипировании этих мышей, за исключением структуры цикла бодрствование-сон, но отмечают их “неожиданную жизнестойкость, несмотря на почти полное отсутствие REM-сна”. Yamada и соавт. задаются вопросом, действительно ли быстрый сон играет столь важную роль в организме, включая процессы обучения и памяти, какую ему приписывают? – и ссылаются при этом на вышеупомянутые широко известные гипотезы [40].

Животный мир демонстрирует колоссальную вариабельность суточной представленности (доли) быстрого сна у взрослых особей, ещe большую, чем таковая для медленного сна. Как уже говорилось, многие представители эволюционно древних видов млекопитающих демонстрируют высокий процент быстрого сна (>20%). Кроме того, высокий процент показывают взрослые млекопитающие с “безопасными” условиями сна (например, в глубоких норах), обычно имеющие относительно короткий срок беременности и рождающие незрелых (altricial) детенышей с высоким процентом активированного сна (например, хищные и многие грызуны). Наоборот, млекопитающие, спящие в дикой природе без особого укрытия, непосредственно на поверхности земли (копытные, морские свинки и др.), имеющие длительный срок беременности и рождающие зрелых (precocial) детенышей с исходно низким процентом быстрого сна, демонстрируют низкий процент этой фазы сна и во взрослом состоянии (<10% всего сна) [41].

Аналогичные закономерности отмечены и у птиц [23]. Хотя в целом доля быстрого сна у них значительно ниже, чем у млекопитающих, а его эпизоды короче, но, тем не менее, более древние виды птиц (древненeбные, или бескилевые), например, страусы, демонстрируют более высокий процент быстрого сна и более длительные его эпизоды, чем более эволюционно молодые виды (новонeбные) [42]. Есть такие виды птиц, которые вылупляются из яиц незрелыми, а есть такие, что более зрелыми. У первых, как и у млекопитающих, более высокий исходный уровень быстрого сна и, соответственно, более высокий его уровень во взрослом состоянии, чем у вторых [43].

Наконец, исследователей всегда поражал тот факт, что у многих видов птиц и мелких млекопитающих эпизоды быстрого сна настолько короткие (не более нескольких секунд), что за такой период не может завершиться никакая биохимическая реакция, и очень трудно представить себе “переработку информации” и “формирование памяти” головным мозгом столь короткими порциями.

Сильный удар по сторонникам гипотезы “обработки мозгом значимой информации и консолидации памяти в быстром сне” нанесло обнаружение животных, не имеющих этой фазы сна вообще. Во-первых, речь идет о ехидне – особом виде однопроходных (яйцекладущих) млекопитающих, отделившихся от основной эволюционной ветви еще в самом ее зарождении. Несмотря на специальное изучение тремя разными группами исследователей, наличие быстрого сна у этого животного остается под вопросом [43]. Во-вторых, речь, разумеется, идет о таком широко известном факте, как отсутствие быстрого сна у дельфинов [44, 45] Под руководством Л.М. Мухаметова и О.И. Лямина двумя поколениями исследователей на Утришской морской станции ИПЭЭ РАН были проведены изучения сна-бодрствования у четырех разных видов зубатых китов, включая амазонского речного дельфина. Были предприняты значительные усилия по выявлению каких-либо, хотя бы фрагментарных, эпизодов быстрого сна у этих животных. Эти усилия включали длительные видеозаписи в сочетании с бескабельной полисомнографической регистрацией с помощью вживленных внутричерепных электродов и миниатюрных автономных рекордеров, закрепленных на теле животных, в условиях свободного плавания в экспериментальном бассейне. Однако за весь этот 40-летний период не удалось выявить ни одного такого эпизода [46, 47].

Еще более удивительные результаты были получены той же группой исследователей при полисомнографическом изучении цикла сон-бодрствование ушастых тюленей (морских котиков, морских львов, сивучей) [47, 48]. Сезон размножения эти животные проводят на лежбищах, а большую часть года в погоне за косяками рыбы проводят в океане, где вынуждены спать в воде. Ученые сымитировали эту ситуацию, построив в бассейне помост, который может находиться над водой или под водой, в зависимости от ее уровня. И выяснилось, что когда котик спит в воде, структура сна у него сходна с таковой у дельфина – медленный сон однополушарный, а быстрый сон исчезает практически полностью (на 99%). А когда котик спит на помосте, то структура его сна такая же, как у наземных млекопитающих: медленный сон носит обычный двуполушарный характер, быстрый сон хорошо выражен и процент его высок. Когда после длительного периода пребывания в воде котик выходит на помост, быстрый сон у него восстанавливается, но в нормальной пропорции, феномен “отдачи” быстрого сна не возникает. Иными словами, когда котик спит в воде, то у него исчезает сама потребность в быстром сне, которая вновь возникает, когда он выходит на сушу. Все эти факты невозможно совместить с гипотезой “обработки жизненно важной информации мозгом” в фазе быстрого сна, но зато они очень хорошо сочетаются с экологическими факторами и образом жизни животного.

Резюмируем все эти разрозненные данные по обработке информации головным мозгом в быстром сне off line:

А. Психологический аргумент

(1) плохая фиксация сновидений в памяти, что подтверждается снижением BOLD сигнала в дорзолатеральной префронтальной коре в быстром сне;

Б. Клинический аргумент

(2) case report – описание вполне профессионально успешного человека, прожившего всю свою взрослую жизнь (почти) без быстрого сна, без малейшего нарушения когнитивных способностей;

В. Генетический аргумент

(3) создание генетически модифицированной линии мышей без быстрого сна, не демонстрирующих никаких явных нарушений поведения или физиологических процессов;

Г. Онтогенетический аргумент

(4) максимальный процент активированного/быстрого сна на поздних пренатальных/ранних постнатальных стадиях индивидуального развития;

Д. Фармакологический аргумент

(5) наличие в мире миллионов больных, постоянно принимающих антидепрессанты, подавляющие в разной степени быстрый сон, вплоть до его полного исчезновения, причем память у них не только не ухудшается, но, в ряде случаев, даже улучшается;

Е. Экологические аргументы

(6) корреляция доли быстрой фазы в суточном сне с эволюционными и экологическими, а не какими-то иными (например, “когнитивными”) характеристиками данного вида млекопитающих и птиц;

7) отсутствие быстрого сна у дельфинов и, возможно, также у ехидны;

(8) исчезновение потребности в быстром сне у ушастых тюленей при сне в воде и ее восстановление при возращении на сушу без демонстрации феномена “отдачи”.

Можно, несколько утрируя, но не слишком, прийти к “парадоксальному” выводу о том, что интенсивная обработка информации головным мозгом в быстром сне вряд ли играет важную адаптивную роль (по крайней мере, для взрослого организма) – информация обрабатывается, образно говоря, “вхолостую”.

ГЕНЕРАЦИЯ И РЕАЛИЗАЦИЯ СНА

Однако возникает вопрос: как же совместить всe вышеизложенное с широко известными фактами обыденной жизни, тысячи раз подтвержденными клиническим материалом, относительно важности сна – количественно достаточного и качественно полноценного – для поддержания здоровья, когнитивных способностей и долголетия? И, наоборот – с нарушением здоровья и умственной деятельности при хронической нехватке сна и/или снижении его качества?

М. Жуве, рассказывая о своeм больном [11], так отвечает на эти вопросы: “Агрипнию, которую продемонстрировал этот пациент, интересно сравнить с примерами экспериментальной депривации сна у людей (здесь Жуве ссылается на две ранние работы; в дальнейшем такие эксперименты на людях были запрещены). В обоих случаях проводился полиграфический и поведенческий контроль, а также психомоторное тестирование. Сразу же отметим различие между нашим больным, лежащим всю ночь в постели и даже порой принимающим снотворные – и здоровыми испытуемыми-добровольцами, которым платят за то, чтобы они не спали, избегающими даже прилечь, и постоянно стимулирующими себя, чтобы оставаться бодрыми. В первом случае пациент хотел бы поспать и постоянно пытался уснуть, но [не испытывая сонливости] не мог заснуть даже после четырех месяцев инсомнии. Во втором случае, напротив, испытуемые постоянно боролись со сном и после 120, 200 и 264 бессонных часов падали от усталости, демонстрируя длительную “отдачу” сна”. У нашего же больного, указывает Жуве, “была нарушена сама система генерации сна” (курсив мой, КВ). Ясно, что Жуве в конце жизни вплотную подошел к идее механизмов генерации сна, отдельных от механизмов его реализации. Каковы же могут быть эти “генерирующие сон” механизмы?

Хорея Морвана долгое время казалась загадочной болезнью, но в настоящее время получены неопровержимые доказательства ее аутоиммунной этиологии, связанной с образованием аутоантител к комплексу потенциал-управляемых калиевых каналов (voltage gated K⁺ channels, VGKC). Известно, что антитела к VGKC влияют на периферическую нервную систему, вызывая нейромиотонию, и могут преодолевать гематоэнцефалический барьер и действовать центрально, связываясь с нейронами гиппокампа [49]. Показано, что некоторые потенциал-управляемые калиевые каналы, действительно, участвуют в регуляции ритма активности-покоя у плодовых мушек и цикла сон-бодрствование – у мышей [50]. В случае разрушения этих каналов ионы K⁺ теряют возможность выйти из клетки и скапливаются внутри неe, в результате чего потенциал мембраны подскакивает до –55 мВ, нейроны постоянно возбуждены и неспособны к гиперполяризации и переходу в режим “пачка–пауза”. Что касается системы генерации быстрого сна, то она может быть опосредована упоминавшимися выше мускариновыми рецепторами 1-го и 3-го типов, нокаутирование которых вызывает исчезновение этой фазы сна у мышей без заметных последствий.

Можно предположить, что многочисленные примеры значительного и продолжительного (пожизненного) сокращения ежесуточной продолжительности сна (всего сна или только быстрой фазы) без последствий у людей и животных, рассмотренные выше, связаны с ослаблением (и прекращением) активности именно гипотетических систем генерации медленного и быстрого сна соответственно. По определенным причинам, которые будут рассмотрены далее, это не влечeт за собой заметных нарушений в деятельности головного мозга и организма в целом. В то же время длительное подавление системы реализации медленного и быстрого сна, в том числе инструментальное, также приводящее к резкому сокращению продолжительности и разрушению структуры сна, может иметь весьма серьезные и даже катастрофические последствия для больных и экспериментальных животных. Врачи и исследователи обычно имеют дело с результатами повреждения систем именно реализации сна, и они хорошо изучены.

Все эти факты выявили неудовлетворительность традиционной гипотезы “обработки информации мозгом во сне” (некоторые исследователи даже заговорили о сне вообще или о быстром сне, как “явлении без функции” или “ошибке эволюции”) и привлекли внимание исследователей к разработке альтернативной парадигмы. Ю.В. Панчин назвал ее “сценарием адаптивного бездействия” (Adaptive Inactivity Scenario, AIS) [10]. В ее основе лежит очень простая мысль о том, что внутрисуточные периоды покоя и сна, или “адаптивной неактивности” [51], сами по себе обладают эволюционным преимуществом, потому что дополнительное время бодрствования делает животных более уязвимыми в дикой природе. Если предположить, что такая стратегия “жизни без суеты” является адаптивной, поведение, подобное сну, могло возникать в эволюции разных групп организмов независимо и неоднократно.

Но зачем нужно выключение сенсорных систем и прекращение информационной деятельности головного мозга во сне? Почему нужно обязательно глубоко спать, почему спокойное бодрствование не может заменить сон? Дело в том, что поведение в состоянии бодрствования контролируется различными сенсорными стимулами и реализуется завершением определенных моторных реакций. Афферентная импульсация, поступающая в головной мозг в состоянии спокойного бодрствования от экстеро- и интерорецепторов (в особенности от проприорецепторов) будет вмешиваться в этот процесс, препятствуя его протеканию. Действительно, каждый человек знает, как тяжело провести несколько часов в постели без сна! Эволюционно адаптивное периодическое бездействие (неактивность) требует радикальной перестройки существующих рефлексов бодрствования. Сон, возможно, наиболее простое эволюционное новоприобретение для достижения этой адаптации. Поэтому периодическое бездействие поддерживается естественным отбором. Вот почему оно зависит от поведенческих факторов и факторов окружающей среды и может широко варьировать – от полного отсутствия до значительных величин. Если сон является адаптивным фактором, но не выполняет какую-то неизвестную (“таинственную”) функцию, связанную с обработкой витально необходимой информации, то, с эволюционной точки зрения, неспящие животные будут элиминированы естественным отбором не потому, что они умирают от отсутствия сна, а потому, что дополнительное время бодрствования делает их более уязвимыми в дикой природе.

Можно предположить, что биологическая роль сна эволюционно усилилась за счет синхронизации и связи некоторых физиологических функций (в первую очередь – тех, которые не связаны с обязательным вовлечением центральной нервной системы – обменных, эндокринных, иммунных и т.п.) с периодами сна и бодрствования. Тут уместна аналогия с циркадианной ритмикой: все процессы в организме животного и человека подчинены этой ритмике, ее нарушение вызывает десинхроноз со всеми его хорошо изученными последствиями и резко снижает выживаемость особи в дикой природе. В то же время в условиях вивария, например, хомячки с экспериментально разрушенными супрахиазмальными ядрами прекрасно выживают, питаются и размножаются. Все физиологические функции у них протекают нормально, но хаотично распределены во времени.

Поскольку внутренняя жизнь организма теплокровного в периоды покоя продолжается, определенные функции по тем или иным причинам (иногда, возможно, случайным) стали “втягиваться” в периоды медленного и быстрого сна. То есть, между сном и жизненными процессами, которые во время него происходят, имеется жeсткая временнáя, но не причинно-следственная связь.

Быть может, никакой особой “тайны сна” нет [52] и “тривиальная функция сна” [53, 54] состоит не в “переработке головным мозгом полученной информации”, а в радикальной перестройке всех рефлексов бодрствования для нормального протекания периодов “адаптивного бездействия” организма [51, 55]?