Каждому участку мозга – свою глубину сна

Сон в основном ускользает от человеческого сознания – это заложе­но в самой его природе. Поэтому прогресс сомнологии зависит от ос­троумных экспериментов и удачно поставленных вопросов. Например: если сон действительно так важен для работы мозга, как это нередко утверждают, не следует ли ожидать, что во сне особенно активно будут функционировать именно те участки мозга, которым пришлось больше всех потрудиться за минувший день?

Так родилась теория локального сна. Согласно этой теории, сон – не единый процесс, равномерно происходящий во всем теле, а своего рода физиологическое предложение организма своим отдельным частям взять столько сна, сколько каждой из них нужно. Поэтому глубина сна в каждый момент не обязательно повсюду одинакова. Вполне можно себе представить, что одна часть мозга спит глубже, чем другие. Например, после многочасовой игры в теннис сенсомоторный центр, координиру­ющий удар, заслужил наиболее полный отдых.

Верность этой теории по крайней мере относительно мозга сейчас окончательно подтверждена. Хорошим примером может служить одно­полушарный сон морских млекопитающих и птиц. Русский специалист по физиологии животных Лев Мухаметов всякий раз будил дельфинов в то время, когда у них засыпала одна и та же половина мозга. В результате это полушарие отсыпалось потом значительно дольше, чем другое.

Исследователям удалось обнаружить локальные различия в сне и у людей: передняя половина большого мозга спит обычно несколько глуб­же, чем задняя, вероятно, потому, что дневная активность предъявляет к первой больше требований. «Передние лобные доли мозга важны для познавательной деятельности», поясняет цюрихский сомнолог Ханс‑Петер Ландольт. «Эти участки мозга особенно активно работают днем, и здесь выделяется больше таких веществ, как аденозин, повышающих потребность в сне». Разница между левшами и правшами также нередко отражается на ЭЭГ сна: у правшей левое полушарие спит глубже, пос­кольку там обрабатывается информация правой руки, и наоборот.

Швейцарский сомнолог Александр Борбели и его коллеги решили в 1994 г. проверить эту идею. Они продолжительное время стимулирова­ли вибрирующим физиотерапевтическим аппаратом кисть одной руки у восьми студентов‑правшей. В первые часы следовавшего за этим сна действительно регистрировалось больше дельта‑волн в тех участках мозга, которые обрабатывали информацию от стимулируемой руки. Правда, эффект проявлялся слабо и был статистически достоверен лишь при раздражении правой руки – и все же это было первое ясное указание на то, что и человеку свойственен локальный сон.

Ирен Тоблер подтвердила эти данные сначала в ходе экспериментов с крысами. Затем в 2004 г. она исследовала локальный сон в мозге мы­шей. Грызунам шесть часов подряд не давали спать и стимулировали усики только с одной стороны морды. После этого мыши отсыпались, и ученые наблюдали желаемый эффект: «ЭЭГ показывала заметно большую активность длинных волн в задействованном полушарии, чем в незадействованном, – говорит Тоблер. – Причем отдых продолжался целых 10 часов».

Очевидно, нервные клетки этой области мозга затратили больше энер­гии. Ведь параллельный эксперимент показал, что они после опыта «дозап­равились» значительно большим количеством «горючего» в виде глюкозы, чем другие нейроны. Но если локально повышенную потребность в длин­новолновой мозговой активности животные могли удовлетворить только во сне, разница в потреблении глюкозы между отдельными участками моз­га выравнивалась и в том случае, если ученые не давали грызунам спать. Поэтому маловероятно, что глубокий сон служит только для восполнения запасов энергии, как предполагала одна из ранних теорий.

Кульминацией этого ряда экспериментов стали результаты, опубли­кованные в том же 2004 г. исследовательским коллективом под руко­водством Джулио Тонони и Рето Хьюбера из Мэдисона. Их испытуемые обучались перед экраном компьютера с помощью мыши переводить курсор из одного заданного пункта в другой. При этом положение кур­сора – о чем участники эксперимента не подозревали – систематичес­ки сбивалось. Центры, управляющие движением руки, были вынуждены бессознательно учится учитывать этот сбой, как всякий человек бессо­знательно учитывает, что при подъеме по эскалатору нужно двигаться иначе, чем на обычной лестнице. Осознание приходит лишь в том слу­чае, если движущееся полотно внезапно останавливается.

«Мы выбрали именно этот тест, потому что он позволяет проследить механизмы бессознательного обучения, а также потому, что из прошло­го опыта нам известен четко очерченный участок мозга, который при этом активируется».

После тренировки подопытные должны были спать в колпаке, начи­ненном 256 электродами. Это позволило снять исключительно точную энцефалограмму, на которой просматривалась также разница между отдельными небольшими ареалами. Таким образом ученым удалось установить связь между успехом в обучении и локальной активностью мозга. Во‑первых, на том участке мозга, который особенно сильно за­действован при отработке предложенных тестов, действительно наблю­дались во время глубокого сна особенно интенсивные дельта‑волны. «Гомеостатическая потребность во сне явно была здесь особенно силь­ной», – говорит Хьюбер. Кроме того, во время второй серии упражне­ний участники показывали лучшие результаты, чем в первый раз, лишь в том случае, если им в промежутке удавалось поспать.

Но самый удивительный вывод был получен из сравнения отдельных испытуемых: «Мы обнаружили четкую корреляцию между уменьшением числа ошибок в тесте и локальным усилением длинноволновой актив­ности во время глубокого сна», – рассказывает Хьюбер. Те участники, которые – по каким бы то ни было причинам – показали на следующий день наилучшие успехи в обучении, глубже всех спали ответственным за данное умение участком мозга. Несколько утрируя, можно сформули­ровать выводы эксперимента следующим образом: каждая отдельная нервная клетка сама регулирует глубину своего сна, причем эта глуби­на, по всей вероятности, прямо зависит от того, как сильно данная клет­ка задействована в консолидации памяти во время сна.