Переключатель засыпания

Клиффорд Сейпер и многие другие нейробиологи продолжали иссле­дования еще несколько лет, пока не удалось наконец создать обоб­щающую модель управления сном, которую Сейпер в 2005 г. опуб­ликовал в научном журнале «Nature». Она представляет собой сеть из нескольких связанных между собой нервных узлов, взаимодействие которых определяет, спим мы или бодрствуем.

Единственное ответвление этой сети, ведущее в эволюционно более древние части мозга, – это центр сна ВЛПО с его длинными аксонами, обнаруженный Сейпером в 1996 г. в мозге крыс. Когда его клетки воз­буждены, то есть когда мы спим, он блокирует активность двух парал­лельных ответвлений, поднимающихся от моста мозга через средний и промежуточный мозг к коре больших полушарий и поставляющих туда возбуждающие сигналы. Эта «система возбуждения» особенно активна, когда мы бодрствуем.

Сеть сон‑бодрствование: Сверху: сеть из нескольких нервных центров проводит две волны возбуждения от моста мозга через средний и промежу­точный мозг (гипоталамус и таламус) в большой мозг. Первая (обозначен­ная белым цветом) возникает в области, называемой «formatio reticularis» (FR). Вторая (обозначенная черным) начинается в Locus coeruleus (LC). Это система возбуждения (Arousal‑System), благодаря которой мы бодрствуем. На с. 39: От центра засыпания в переднем гипоталамусе (ВЛПО) к центрам возбуждения направляется волна торможения. Она блокирует их деятель­ность, и мы получаем возможность уснуть.

В сетевой модели отразились, разумеется, не только результаты Сей‑ пера и Экономо. Многие крупные исследователи мозга добавили важные элементы в разгадку головоломки. К примеру, бельгийский нейрофизиолог Фредерик Бремер еще до Второй мировой войны отделял у подопытных животных ствол мозга от больших полушарий, в результате чего они не­медленно погружались в сон. Как у людей с европейской сонной болезнью, у этих животных отсутствовали возбуждающие сигналы из среднего мозга и моста. Бремер сделал из этого неверное заключение, что сон наступает лишь от того, что мозг в ситуации спокойствия и защищенности от внешне­го мира получает от тела недостаточно сигналов для обработки.

Лишь швейцарский нейрофизиолог Вальтер Рудольф Гесс сумел окончательно доказать, что орган мышления активно погружает нас в сон. Он целенаправленно стимулировал мозг подопытных животных тонкими электродами и открыл таким образом, кроме многих других важных мозговых центров, вызывающий сон нервный узел в передней части гипоталамуса. При раздражении этого ареала животные немед­ленно погружались в сон. Гесс получил за свои основополагающие работы о функциональной организации промежуточного мозга и ко­ординации деятельности внутренних органов Нобелевскую премию по медицине 1949 г.

Вторую часть системы сон‑бодрствование, возбуждающие центры в стволе мозга, открыли итальянский нейробиолог Джузеппе Моруцци и американец Хорас Мэгун. Они раздражали ствол мозга у спящих жи­вотных и обнаружили несколько скоплений нервных клеток, имевших общую особенность: при их стимуляции животные немедленно просы­пались. Моруцци и Мэгун назвали эту область «ретикулярной форма­цией», то есть сетевым образованием.

В следующие годы совместными усилиями многих ученых был от­крыт еще ряд стимулирующих мозговых центров, способных поддер­живать нас в состоянии бодрствования. Сейчас известно, что «система возбуждения» в сейперовской сети сон‑бодрствование базируется на восьми нервных узлах, образующих две параллельных ветви, по кото­рым волны возбуждения передаются в кору больших полушарий. Одна ветвь начинается в ретикулярной формации, другая – в так называ­емом синем (или голубоватом) пятне (Locus coeruleus). Находящиеся здесь клетки вырабатывают большую часть всего имеющегося в мозгу возбуждающего нейромедиатора норадреналина. Здесь возникают та­кие эмоции, как страх и паника, а также, видимо, значительная часть возбуждения, ответственного за наше бодрствование.

Третий ареал играет особую роль у людей, страдающих внезапными приступами сна – нарколепсией. Здесь, в боковом гипоталамусе, собра­но несколько десятков тысяч нервных клеток, вырабатывающих нейроме­диатор орексин, или гипокретин. Это вещество ученые выделили лишь в 1998 г. у страдающих нарколепсией собак1. Если орексина слишком мало или если не хватает соответствующих ему молекул‑рецепторов, возни­кает редкостная болезнь, когда человек днем ни с того ни с его внезапно глубоко засыпает и так же быстро вновь пробуждается.

Эти симптомы лишний раз доказывают, как уязвима для помех наша сеть сон‑бодрствование, стоит лишь немного вывести ее из равновесия. А главное – они наглядно демонстрируют, что произойдет, если пере­ход от бодрствования ко сну осуществится внезапно, помимо непре­рывного процесса постепенного утомления и нарастания глубины сна.

Дело в том, что сеть регуляции сна функционирует как клавишный переключатель, способный только включать или выключать – без вся­ких промежуточных возможностей. Это система, не знающая переходных фаз, устойчивая лишь в одном из двух крайних состояний. Самое важное здесь то, что центры засыпания и возбуждения взаимно блокируют друг друга. Как только одна из сторон получает преимущество, вся система моментально переходит в противоположное состояние. В том, чтобы она не переключалась поминутно туда‑обратно, особую роль играет, судя по всему, нервный узел, производящий орексин. Он возбуждает все центры бодрствования, не подавляя при этом центр сна. Этот небольшой дисба­ланс осложняет коммутатору переключение как раз настолько, чтобы мы относительно редко переходили от сна к бодрствованию и наоборот.

Для того чтобы нам удалось заснуть, система возбуждения (arousal‑system) должна ослабнуть, а активность центра сна в то же время – уси­литься. Этот процесс, протекающий обычно очень медленно, знаком нам как постепенно нарастающее утомление. В первой стадии сна пе­реключатель на несколько мгновений зависает на переходе и несколько раз колеблется взад‑вперед.

Переключатель сна: Слева: когда мы бодрствуем, центры активности (#) блокируют центр засыпания (ВЛПО, ®). Орексиновая система (ORX, ®) ста­билизирует состояние. Справа: когда мы спим, центр засыпания блокирует центры активности и орексиновую систему.

Иногда сон все‑таки нападает на нас неожиданно, например ког­да вечером после утомительного дня мы садимся перед телевизо­ром. В этом виновата главным образом система возбуждения. Она дает нам возможность до позднего вечера сосредоточено работать, несмотря на уже весьма сильную в это время активность центра сна. Пока мы заняты решением важных интеллектуальных или фи­зических задач, возбуждающие нервы в стволе мозга работают на полную мощность, и переключатель, словно приклеенный, стоит в положении бодрствования.

Но как только возбуждение спадает, например потому, что работа сделана и мы удобно расположились в кресле перед телевизором, уста­лость охватывает нас намного быстрее и внезапнее, чем обычно. Центр засыпания, давно уже подспудно работавший с большим напряжением, наконец берет свое.

Этот процесс может таить в себе опасность для жизни в том слу­чае, если человек после утомительного рабочего дня должен в оди­ночестве добираться домой на машине, покрывая большое рассто­яние. Ведь управление автомобилем на шоссе – очень монотонное занятие, не предполагающее ни всплесков напряжения, ни развлечения. Возбуждение в нашем мозге неизбежно угасает с такой же ско­ростью, как перед телевизором. Вот только засыпание на автостраде при скорости 150 км/ч может закончиться несравненно хуже, чем в кресле перед экраном.