zzweb-панель

Сон и деятельность мозга

http://img.zzweb.ru/img/836122/mozgovaya-deyatelnost.jpeg
Сон так и остаётся одной из самых больших загадок для неврологии. Хотя мы тратим на сон примерно треть нашей жизни, этот процесс ещё практически не изучен. Но к счастью, в течение последних нескольких лет учёным удалось добиться значительных успехов в изучении нейронной цепи мозга, отвечающей за процесс сна.

Общепризнанно, что сон состоит из нескольких различных фаз, и что ежедневный процесс сна являет собой взаимодействие этих фаз, что делается по очень сложному механизму. К тому же на фазы сна влияют такие факторы, как суточные ритмы, температура тела, гормоны и т.д.

Сон очень важен для таких функций человеческого организма как концентрация, память и координация. В результате недостаточного сна, человек может испытывать сложности с концентрацией и скоростью реакции – в действительности, недосыпание может привести к столь же негативному эффекту, что и принятие алкоголя.

Также сон имеет очень большое значение для эмоционального состояния человека. Появляется всё больше и больше доказательств того, что недостаток сна повышает риск появления различных сердечных и сердечно-сосудистых заболеваний, включая сердечные приступы, апоплектический удар, повышенное или пониженное кровяное давление, а также ожирения или различного рода инфекций.

Нарушение сна – одна из самых распространённых проблем, затрагивающая около 70 миллионов человек, большинство из которых даже не задумываются над тем, насколько серьёзные последствия она может повлечь.

Перечисленные выше заболевания – лишь малая часть; недостаток сна может привести даже к смерти: затраты на лечение, травмы на производстве, утраченная производительность – всё это обходится не меньше, чем в 100 миллиардов долларов. Учёные по всему миру пообещали разработать новые способы борьбы с недосыпанием и пока вполне успешно выполняют своё обещание.

Деятельность головного мозга во время сна

Хотя, казалось бы, сон – пассивный процесс и процесс полного отдыха, на самом деле он требует очень активного взаимодействия различных частей головного мозга для того, чтобы одна фаза сна могла сменять другую.

Фазы сна были обнаружены в 50-х годах XX века при помощи электроэнцефалографии (ЭЭГ), когда изучались колебания головного мозга во время сна.

Также были изучены движения глаз и конечностей. Учёные обнаружили, что в течение первого часа сна головной мозг проходит через определённые процессы, которые приводят к замедлению нейронных колебаний. Эта фаза сна, так называемый «медленный сон», сопровождается также расслаблением мышц, в том числе и глазных. Также снижается частота сердцебиения, уровень кровяного давления и температура тела. Если человека разбудить в этот момент, он вспомнит лишь различные обрывки мыслей и образов, но не весь сон целиком.

В течение последующего получаса (или около того) мозг кардинально меняет свою деятельность. Уровень корковых нейронных колебаний в этой фазе сна очень походит на уровень колебаний бодрствующего человека. Невероятно, но период повышенной нейронной активности сопровождается атонией – все мышцы человеческого тела сковывает своего рода паралич (остаются активны лишь группы мышц, отвечающие за дыхание и за движение глаз). Эта фаза сна носит название «быстрый сон». Во время этой фазы человек, как правило, всегда видит сны. Частота сердцебиения, кровяное давление и температура тела становятся более стабильными. У мужчин в это время часто наблюдается эрекция. Первая фаза быстрого сна обычно длится 10-15 минут.

На протяжении всей ночи фазы медленного сна и быстрого сна чередуются друг с другом, и с каждым разом вплоть до самого пробуждения фаза медленного сна становится всё менее глубокой, а фазы быстрого сна – всё более продолжительными. Длительность той или иной фазы сна во многом зависит от возраста человека. Дети в возрасте до 7 лет обычно спят до 18 часов в сутки, причём фаза медленного сна у них преобладает. По мере взросления, дети начинают тратить всё меньше времени на сон, фаза медленного сна также значительно сокращается. Ну а взрослые люди могут спать и по 6-7 часов в сутки, часто жалуясь на то, что приходится рано просыпаться, при этом медленный сон занимает у них очень незначительное количество времени.

Пример процесса сна
http://img.zzweb.ru/img/836122/fazy-sna.jpg


Нейронные колебания человека в возрасте 20-25 лет, записанные электроэнцефалографом (ЭЭГ) постепенно замедляются и в то же время становятся более интенсивными по мере того, как человек входит в более глубокие стадии медленного сна. Примерно через час человеческий мозг проходит данный цикл в той же последовательности, каждый раз обязательно проходя через фазу быстрого сна (на графике выделена фиолетовым цветом), в течение которого нейронные колебания становятся столь же интенсивными, как и во время бодрствования. Тело в этот момент полностью расслаблено, человек находится без сознания и зачастую начинает видеть сны. Чем ближе к утру, тем большей становится продолжительность фаз быстрого сна, и наоборот – длительность фаз медленного сна значительно сокращается.

Нарушения сна


Кроме постоянной сонливости, бессонница может повлечь за собой много других негативных последствий. Наиболее часто встречающиеся из них – разнообразные нарушения сна (выражающиеся чаще всего в нарушенном режиме сна) или конкретных его фаз.


Также недостаток сна может привести к повышению кровяного давления и увеличивает риск сердечного приступа. Постоянная сонливость ведёт к несчастным случаям, в особенности к авариям на дороге.

Лечение синдрома апноэ включает в себя разнообразные попытки предотвратить перекрытие дыхательного пути во время сна. Будет справедливо заметить, что если вы сбросите лишний вес, будете избегать алкоголя и наркотиков, то это с очень большой вероятностью улучшит ваш сон. Ну а людям, страдающим синдромом апноэ, просто необходимо определённое устройство, которое оказывало бы давление на дыхательный путь, отчего он оставался бы открытым. Существует специальная маска, надеваемая на нос и производящая довольно сильный воздушный поток как раз для этой цели. В более сложных случаях порой необходимо хирургическое вмешательство – коррекция дыхательного пути.



Эта болезнь связана с недостаточным количеством нервных клеток в боковой части гипоталамуса, содержащей также нейротрансмиттер орексин (также носящий название «гипокретин»).

Человек, страдающий нарколепсией, в любое время суток может подвергнуться приступам, в результате которых он засыпает, неожиданно для всех окружающих, если те не знают о его болезни. Это очень мешает в повседневной жизни, да к тому же и опасно – представьте, например, что произойдёт, если приступ нарколепсии застанет человека за рулём.

Нарколептики очень быстро входят в фазу быстрого сна и могут видеть сны, едва заснув – явление, называемое «гипнагогические галлюцинации». Также могут возникнуть приступы, в ходе которых человек полностью теряет мышечный тонус – это состояние похоже на полное бездействие всех мышц во время быстрого сна. Эта патология носит название «катаплексия» и очередной приступ, как правило, возникает в результате эмоциональных переживаний, зачастую достаточно бывает даже услышанной человеком смешной шутки.

Недавние исследования нарколепсии немного приоткрыли учёным завесу тайны над процессами, контролирующими переход человека из состояния бодрствования ко сну и переход между фазами сна.

Чем и как регулируется сон?

Когда человек бодрствует, его мозг находится в активном и возбуждённом состоянии. Это происходит за счёт двух основных нейронных сетей, которые в качестве нейротрансмиттеров (химических передатчиков импульсов между нервными клетками) используют либо ацетилхолин, либо моноамины – например, норэпинефрин, серотонин, дофамин и гистамин. Нервные клетки, содержащие ацетилхолин и расположенные в верхней части варолиева моста, а также в среднем мозге, активно способствуют активации таламуса.

Когда таламус активен, он, в свою очередь, передаёт в кору головного мозга информацию об окружающем мире, полученную от органов чувств.

Вторая группа нервных клеток, содержащих норэпинефрин, серотонин и дофамин и расположенных в верхней части мозгового ствола, посылают результаты своей активности в гипоталамус, передний мозг и в кору.

Затем в гипоталамусе нервные клетки с содержанием нейротрансмиттера орексина и ещё одна группа клеток, содержащих ацетилхолин или гамма-аминомасляную кислоту, объединяют полученную информацию и передают её в кору головного мозга. В результате этих процессов активируется кора мозга, благодаря чему человеческий мозг может правильно реагировать на сведения, которые таламус получил от органов чувств.

Во время быстрого сна холинергические клетки активируют таламус, что вызывает всплеск нейронных колебаний, подобный тому, который наблюдается у бодрствующего человека. Однако поток моноаминов, идущий из верхней части ствола головного мозга в кору, не испытывает подобной активности. В результате этого информация, передаваемая таламусом в кору, воспринимается нами как сон. Когда активируются нервные клетки, содержащие моноаминовые нейротрансмиттеры, они прекращают фазу быстрого сна.

Клетки ствола головного мозга, отвечающие за пробуждение человека ото сна, подвергаются воздействию двух групп нервных клеток гипоталамуса (который, кстати, как раз и отвечает за основные циклы нашего организма).

Одна из этих групп нервных клеток содержит ингибирующие (т.е. тормозящие) нейротрансмиттеры, такие как галанин и гамма-аминомасляная кислота. Когда эта группа нейронов активизируется, она, по мнению учёных, «отключает» двигательную систему и погружает человека в сон. Какой-либо вред, причинённый этой группе клеток, незамедлительно ведёт к бессоннице.

Вторая группа нервных клеток, расположенная в боковой части гипоталамуса, вызывает пробуждение человека ото сна и выходу из фазы быстрого сна. Она содержит орексин, посредством которого может посылать возбудительные импульсы двигательной системе, а в особенности — нервным клеткам, содержащим моноамины.

В ходе экспериментов, проводимых над животными, из их мозга полностью удалялся орексин, в результате чего у них проявлялись симптомы нарколепсии.

Схожий результат дал и другой эксперимент: был изучен головной мозг двух собак, от природы страдавших нарколепсией. Обследование показало, что у них имелись отклонения в гене, ответственном за выработку орексина.

Хотя у человека нарколепсия редко бывает связана с какими-либо генными отклонениями, у многих заболевших ей от 13 до 25 лет была обнаружена нехватка нервных клеток, содержащих орексин. Недавно проведённые исследования подтвердили, что у больных нарколепсией уровень орексина в головном мозге и в цереброспинальной жидкости необычайно низок. В общем, орексин играет очень важную роль в активизации моноаминной системы, а также препятствует неестественному переходу из состояния бодрствования к состоянию быстрого сна.

Гомеостаз и циркадные ритмы

Нашу потребность во сне и схему самого сна контролируют два основных показателя. Первый – это гомеостаз, потребность человека поддерживать равномерный режим сна. Существует несколько способов подать организму сигнал о том, что он нуждается во сне. Научно доказано, что уровень так называемого аденозина в головном мозге напрямую связан с активностью самого мозга и гомеостазом. Если человек бодрствует в течение длительного срока, то аденозин начинает накапливаться и таким образом воздействует на гомеостаз. Кстати, кофеин, повсеместно используемый как раз как способ справиться с сонливостью, блокирует действие аденозина.

Если человек не высыпается, то потребность во сне постепенно приводит его к упадку умственной активности. Затем, когда у него появляется возможность поспать, человек обычно спит больше обычного – «отсыпается», так сказать. К слову, это самое «отсыпание» всегда начинается с фазы медленного сна.

Второй показатель, влияющий на режим сна – циркадные ритмы.

Супрахиазмальное ядро – небольшая группа нервных клеток, которая служит в качестве внутренних часов человеческого организма. Эти нервные клетки проходят 24-часовой биохимический цикл, определяя время для физической активности организма, для сна, выброса гормонов и других естественных потребностей человека.

Супрахиазмальное ядро также получает сигналы от сетчатки глаза, чтобы в нужное время при необходимости корректировать внутренние часы организма в соответствии с природным циклом смены дня и ночи. Супрахиазмальное ядро посылает сигналы в соседнюю часть головного мозга – паравентрикулярное ядро. То, в свою очередь, взаимодействует с дорсомедиальным ядром гипоталамуса, а оно – с вентролатеральным ядром, в котором клетки, содержащие орексин, контролируют процесс сна и определяют время перехода к пробуждению.

Бодрствующий и спящий мозг

http://img.zzweb.ru/img/836122/mozg.jpg
Поддержание человека в состоянии бодрствования осуществляется за счёт деятельности двух основных нейронных сетей. Одна группа нервных клеток, содержащих нейротрансмиттер ацетилхолин, расположена в стволе головного мозга (на рисунке отмеченная зелёным цветом), а вторая – в переднем мозге (отмечена красным цветом). Участок ствола мозга, отвечающий за активность, распределяет ацетилхолин по самому стволу, а также передаёт его в таламус. А участок переднего мозга, также отвечающий за активность, передаёт ацетилхолин в кору. Когда оба эти участка активированы, человек переходит к фазе быстрого сна. Для пробуждения необходима активация других групп нейронов, содержащих такие моноаминовые нейротрансмиттеры, как норэпинефрин, серотонин и гистамин (отмечены синим цветом).


вернуться в «Сон»

НАЖМИТЕ, чтобы добавить следующую запись в эту тему...