Сон – состояние загадочное. Существуют тысячи исследований, посвященных сну человека и животных, однако, как говорит профессор Оксфордского университета нейробиолог Владислав Вязовский в интервью биологу и популяризатору науки Илье Колмановскому (признан иностранным агентом), чем глубже копают ученые, тем больше странного они находят.
«Если вы спросите у 10 человек (ученых. – Ред.), что такое сон, то вы получите 11 разных ответов», – добавляет Вязовский.
Морской слон и сухопутный спят по-разному
Принято считать, что человеку необходимо в среднем 8 часов сна в сутки, причем это количество не зависит от времени года. Мы можем спать чуть дольше зимой и чуть меньше летом, но эта разница будет составлять плюс-минус один час.
То же самое можно сказать о других млекопитающих. Крупные травоядные, как, например, африканский слон, спят всего 2 часа в сутки, а вот большинство хищников – около 12 часов, причем эти величины мало зависят от сезона.
Не так давно наука заинтересовалась сном морских животных, а также обитателей полярных регионов и обнаружила поразительные вещи.
Докторант Калифорнийского университета и научный сотрудник Института океанографии в Сан-Диего Джессика Кендалл-Бар недавно опубликовала в журнале Science статью, в которой рассказала о своей работе по исследованию сна северного морского слона (вид тюленя) и о полученных весьма удивительных результатах.
Кендалл-Бар и ее коллеги были первыми, кто провел подобный эксперимент с морскими животными, живущими не в неволе, а в своем естественном окружении. Исследователи экипировали пять морских слонов шапочками с датчиками для снятия показаний электроэнцефалограммы и радиодатчиками для передачи данных в лабораторию.
Прежде всего, ученые установили, что для морских слонов характерна перемена паттернов сна в зависимости от сезона.
В сезон кормления на суше эти животные спят 10 часов в сутки, в остальные 7 месяцев, когда они кормятся в океане, – всего 2 часа в сутки, а в определенные периоды – даже 1,2 часа.
Но как им удается не стать жертвой другого хищника, например акулы, когда они отключаются на 2 часа в открытом океане, где огромное количество опасностей?
Морской слон спит не так, как морской котик
Интересно, что ряд ластоногих, как, например, морские котики, демонстрируют поразительный адаптивный механизм – однополушарный сон, который характерен также для дельфинов, некоторых птиц и рептилий. В то время как правое полушарие спит, левое – бодрствует и внимательно наблюдает за происходящим вокруг, затем полушария меняются местами. При этом у животного один глаз открыт, другой – закрыт.
Морской слон, однако, практикует двуполушарный сон даже в океане, но у его мозга есть своя адаптивная стратегия – это глубокий сон сразу же в обоих смыслах этого прилагательного. Засыпая, животное уходит на глубину 200 метров – там абсолютно темно, и хищники его не увидят, а затем мозг переходит в фазу быстрого движения глаз, и слона настигает сонный паралич. При этом его тело продолжает спускаться вниз по спирали, а затем наступает глубокий сон.
Вспоминаем фазы сна
Сон принято делить на две основные фазы – медленный (NREM – non-rapid eye movement) и быстрый (REM – rapid eye movement). В фазе быстрого сна (его еще называют парадоксальным) на электроэнцефалограмме наблюдаются быстрые колебания электрической активности. В этот период электрическая активность мозга сходна с состоянием бодрствования, но при этом человек/животное находится в полной неподвижности вследствие резкого падения мышечного тонуса. Однако глазные яблоки периодически и с высокой частотой совершают быстрые движения под сомкнутыми веками.
Медленная фаза у человека и некоторых млекопитающих занимает около 75% от всего времени сна. Это глубокий сон с низкой электрической активностью и без сновидений.
Как пишет исследовательница, особенность сна морских слонов заключается в том, что фаза быстрого сна занимает у них большую часть времени сна. Она также выражает опасение в том, что повышение уровня воды в океане в связи с глобальным потеплением может негативно повлиять на паттерн сна морских слонов, который во многом зависит от их способности нырять и достигать такой глубины, на которой их защищает темнота.
«Морские слоны оказались животными с самым гибким паттерном сна среди млекопитающих. Полученные нами данные бросают вызов укоренившемуся представлению о том, что каждый биологический вид имеет определенные базовые потребности в продолжительности сна в сутки и страдает, если хронически недосыпает», – пишет Кендалл-Бар.
И еще одно живое доказательство этому – пингвины, хоть они и не млекопитающие.
Чем пингвин напоминает путника в ночи?
Каждый, кто когда-либо вел машину ночью, скорее всего, знает, что такое микросон. Это состояние, когда на нескольких секунд сознание «засыпает», однако водитель не успевает погрузиться в сон полностью и продолжает контролировать ситуацию.
Разумеется, такого рода эпизоды не компенсируют недостатка сна у водителя, и, добравшись до места назначения, он как следует выспится.
А что если бы таких микросонных эпизодов было порядка 10 000 в сутки? Смог бы человек так жить и работать и при этом не заболевать и не умирать от нервного истощения?
С человеком пока неясно, а вот пингвины, оказывается, так могут.
Впрочем, их, как говорится, заставляет жизнь. В сезон высиживания птенцов и их подращивания до возраста, когда они сами будут способны сопротивляться хищникам, парочка пингвинов – мама и папа – работает посменно: один родитель занят высиживанием и охраной яйца/птенца, второй отправляется в поход за пищей, который длится иногда несколько дней, после чего они меняются местами.
Международная группа ученых в декабре 2019 года наблюдала за колонией антарктических пингвинов в месте их обитания. Так же, как и исследователи жизни морских слонов, они экипировали своих подопытных, числом 14, шапочками для снятия ЭЭГ и радиодатчиком для передачи показаний активности мозга ученым. Кроме того, исследователи получали электромиограмму, то есть показатели состояния мышц пингвинов, а также, поскольку дело происходило на суше, наблюдали за пингвинами, так сказать, офлайн и снимали их на видео.
Что же удалось установить ученым?
Пингвины, высиживающие яйца, довольно много времени проводили в лежачем положении, но спали и лежа, и стоя. При этом данные визуального наблюдения, ЭЭГ и ЭМГ показывали, что в большинстве случаев это был глубокий медленноволновой сон, в который погружалось лишь одно полушарие мозга пингвина, и открыт был лишь один глаз. При активности левого полушария за происходящим вокруг следил правый глаз, и наоборот.
Самое удивительное – это то, что пингвины засыпали всего на 1–2 секунды, а в тех редких случаях, когда в глубокий сон погружались оба полушария, это состояние длилось примерно 3 секунды.
В некоторых случаях продолжительность была несколько больше – от 10 до 30 с небольшим секунд, однако большая часть сна в течение суток достигалась за счет коротких эпизодов. Поскольку их было более 10 000 в день, общая продолжительность сна пингвинов составляла порядка 14 часов в сутки.
Комментируя полученные в исследовании данные, Вязовский (который был рецензентом их публикации в научном журнале) высказал весьма интересное предположение: возможно, нет никакого канона здорового сна и каждый человек (или пингвин!) выбирает то время и место и тот способ сна, которые являются оптимальными в конкретных условиях конкретно для него.
Вспоминаются люди-совы и люди-жаворонки, но кто знает, может быть, среди нас ходят пока что неопознанные люди-пингвины или люди – морские слоны, засыпающие не иначе, как в теплой ванне и живущие на 2 часах сна в сутки?
Впрочем, как пишет Илья Колмановский, все может быть еще интереснее!
Всех удивили обычные крысы
А это уже статья самого Вязовского, причем не новая. Еще в 2011 году он обнаружил в эксперименте на крысах такой феномен, как локальный сон.
Если вас удивили пингвины и ластоногие, засыпающие половиной мозга, то полюбуйтесь на крыс.
Нейроны коры головного мозга активируются, или «включаются» для передачи сигнала, причем нерегулярно. При этом на ЭЭГ исследователи видят высокочастотные флуктуации небольшой амплитуды. В состоянии сна те же нейроны то включаются, то выключаются полностью и ЭЭГ показывает медленные волны с большой амплитудой (медленный или глубокий сон), объясняют ученые в предварительной части статьи.
Вязовский и его коллеги поставили перед собой цель – выяснить, что происходит с нейронами, когда живой мозг – в нашем случае мозг крысы – находится в состоянии чрезвычайной усталости из-за того, что в течение длительного времени его лишали сна.
Вот тут-то и обнаружился локальный сон: группа нейронов в определенном участке коры мозга крысы отключался на короткий период времени, причем ЭЭГ фиксировала картину, характерную для медленного (глубокого) сна. Эти эпизоды локального сна длились доли секунды, при этом остальной мозг функционировал, как это ему положено в состоянии бодрствования, а крысы оставались активными!
Впрочем, было одно задание, которое одни и те же крысы то могли, то не могли выполнить. Исследователи расположили шарики сахара таким образом, чтобы крыса могла их достать, но не без усилий. По-видимому, животные то справлялись, то не справлялись с этим заданием в зависимости от того, спал ли участок коры, отвечающий за соответствующие действия.
Не происходит ли примерно то же самое и с нами, когда мы вынуждены идти на работу после бессонной ночи?
С простыми задачами мы справляемся, а если нужно выполнить более сложные действия, требующие больших ресурсов, мы часто чувствуем, что лучше за них не браться, потому что какая-то часть этих ресурсов просто отключена.
Что ж, прав Вязовский: сон – явление загадочное и вопросов в нем гораздо больше, чем ответов. Если вы хотите расширить и углубить осведомленность в этой теме, почитайте книгу оксфордского профессора «Сон под микроскопом. Что происходит с нами и мозгом во время сна». Она переведена на русский язык.
Источники:
Промывка мозга. Зачем нужен сон?
Lessons from sleep in the deep
Коллажи Дмитрия ПЕТРОВА
