Иван Пигарёв: Во время сна мозг оценивает физическое состояние тела и занимается самолечением. «Я всегда боялся цвета Теория сна пигарева

Сегодня мы продолжим исследовать тему сна. Начало этому разговору было положено в . В нашей беседе он помянул о так называемой висцеральной теории сна. Автором этой теории является Иван Николаевич Пигарёв , специалист в области физиологии зрения и физиологии сна, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Лаборатории передачи информации в сенсорных системах Института проблем передачи информации РАН. Мне удалось пообщаться с Иваном Николаевичем.

Предлагаю вашему вниманию запись нашего разговора. Он получился сложным. Но я крайне рекомендую вам собраться с силами и прочитать все интервью. Гарантирую, что после этого в вашей картине мира появятся совершенно новые фрагменты .

Для чего нужен сон

Иван Николаевич, как родилась Ваша теория?

Несколько лет назад в области исследования сна сложилась довольно странная ситуация. С одной стороны, довольно давно отпала самая очевидная и самая простая теория сна, согласно которой сон требуется для того, чтобы дать отдых мозгу. Эта теория существовала ровно до тех пор, пока не научились фиксировать активность нейронов мозга. Как только это стало возможно, сразу выяснилось, что во время сна нейроны в коре головного мозга работают еще активнее, чем в состоянии бодрствования. Теория была отброшена.

Сразу возник вопрос: "Чем тогда эти нейроны во время сна занимаются? " Ведь во время сна у нас прерывается вход всей информации из внешнего мира. Например, сигналы из сетчатки глаза не доходят до участков коры, отвечающих за зрительное восприятие. Есть даже активный блок, который отвечает за блокирование этих сигналов. Такая же система существует на всех сенсорных входах. Это неоспоримый факт, который подтверждают данные приборов. Получается, что кора мозга во время сна должна "молчать". Но, как я уже сказал, этого не происходит. Мы наблюдаем сильную волновую активность и определенную ритмику. Причины возникновения этой активности оказались совершенно не понятны.

С другой стороны, когда хотели выявить назначение сна, то делали очень простые эксперименты – лишали животных сна. Результат у этих экспериментов всегда был одинаковый: после нескольких дней лишения сна животное погибало. Причем погибало оно не в силу "психических расстройств", а из-за несовместимых с жизнью болезней внутренних органов (обычно, язвы желудка, язвы кишечника и прочих висцеральных патологий). Конечно, до начала эксперимента никаких подобных заболеваний у животных не было. Тоже самое наблюдается у людей. Например, с неожиданно возникающей язвой желудка часто сталкиваются студенты, отказывающиеся от нормального сна во время подготовки к экзаменам. Но вернемся к животным. В ходе экспериментов было выявлено, что единственным органом, который никогда не страдает в результате лишения сна, является сам головной мозг.

Вот такую интересную картину мы имели в начале наших исследований.

Мы предложили гипотезу, которая за последние 20 лет полностью подтвердилась. В чем она состоит?

Мы предположили, что мозг (прежде всего, кора мозга) не является узкоспециализированным процессором. Раньше считалось, что, например, зрительная кора создана специально для обработки зрительной информации, и ничем другим заниматься не может. Это ее единственная функция. Если говорить в терминах компьютерной техники, то мозг рассматривался в виде набора специализированных компьютеров, каждый из которых исполняет только одну функцию. Как я уже сказал, мы выдвинули идею о том, что нейроны коры мозга являются гораздо более универсальными и могут обрабатывать совершенно разную информацию. Примерно так же как процессор современного компьютера способен производитель различные вычисления, независящие от конкретной предметной области.

Чем же тогда занята кора мозга во время сна? Согласно висцеральной теории, в этот период мозг занят обработкой не сигналов, поступающих из внешних сенсорных каналов (зрения, обоняния, осязания, слуха), а сигналов, идущих от внутренних органов. Основная задача, которую мозг решает во время сна – это задача поддержания работоспособности организма.

Как работает мозг во время сна

Какие именно задачи могут поступать в мозг от внутренних органов? На взгляд дилетанта, там все так хорошо устроено, что должно работать совершенно автоматически.

В конструкцию нашего тела не заложена возможность получать и осознавать ощущения, идущие непосредственно от внутренних органов. Мы не способны почувствовать непосредственно поверхность желудка, поверхность кишки или какой-то участок почки. У нас нет систем для этого. Обратите внимание, что, скажем, кожа устроена иначе. Если у вас возникает рана на коже, то вы абсолютно точно знаете, где именно случилось повреждение (даже, если не видите его).

Мы просто не способны своим сознанием судить о тех процессах, которые происходят в наших органах и, соответственно, о тех задачах, которые решает кора мозга в этом контексте.

Но мы ведь чувствуем боль в тех или иных органах. Разве нет?

Представим, что некий человек говорит вам, что у него болит живот. Что это означает? На самом деле, он не способен определить конкретный орган, который у него страдает в данный момент. Почему? Совсем не потому, что не знаком с анатомией. Просто точность его ощущений ограничена фразой "болит живот". Он переживает само субъективное чувство боли, а не болезненные ощущения от конкретного внутреннего органа.

Сегодня даже врачи знают, что, как правило, боль мы ощущаем в одном месте, а реальная патология находится совсем в другой области.

Итак, мозг располагает определенными "процессорными мощностями". В период бодрствования эти мощности задействованы преимущественно на обработку сигналов от внешних сенсорных каналов, а во время сна они переключаются на обработку данных от внутренних органов. Все так?

Да. Во всех наших внутренних органах и тканях тела есть так называемые интерорецепторы (хеморецепторы, терморецепторы, барорецепторы и т.д.), способные перерабатывать поступающие на них сигналы и передавать их в мозг. Например, на стенках желудочно-кишечного тракта расположено огромное количество интерорецепторов, пересылающих в мозг информацию о химическом составе веществ внутри и на поверхности кишечника, температуре, о механических движениях и о многом другом.

Сегодня мы не можем точно описать содержание этой информации. Но мы уже способны замерить ее объем. Исследования показывают, что он соизмерим с потоком данных, идущим от глаз. И это только поток данных от желудочно-кишечного тракта!

Насколько я помню, раньше считалось, что обработкой всей этой информации занимается автономная нервная система (АНС).

Это справедливо, но только для состояния бодрствования. АНС организована (в большей своей части) сегментарно. Каждый ее фрагмент получает информацию от конкретного органа или его части. И размеры АНС не соответствуют тому огромному потоку информации, который поступает от интерорецепторов, расположенных во всех органах тела, включая, в частности, и сам мозг. Соответственно, АНС не является и не может являться координирующей системой, способной обеспечивать работоспособность организма в целом. Такую задачу могут решить совместно кора мозга и ряд подкорковых образований. Например, гиппокамп, миндалина, гипоталамус и ряд других структур.

Чем тогда является сонливость?

Сонливость и усталость – это сигналы о том, что у нас в теле (а точнее, во внутренних органах) накопилось какое-то количество "нерешенных проблем" и для их обработки требуется подключение мощностей "центрального процессора". Иначе говоря, нам необходимо перейти в режим сна и дать возможность мозгу разобраться с накопившимися запросами.

Если этого своевременно не сделать, то могут начать возникать те самые патологии, о которых я рассказывал в самом начале нашей беседы. Помните о бедных зверюшках, погибших от болезней внутренних органов? Вот вам объяснение причины их болезней.

Любопытно, что если животное получает какое-то странное патологическое раздражение (например, легкий удар током по поверхности желудка), то оно сразу засыпает. Почему? Чтобы мозг начинал разбираться с причиной, вызвавшей непонятные сообщения, которые пошли по висцеральным нервам в мозг в ответ на нанесенное воздействие.

Теперь понятно, почему, когда человек болеет, ему рекомендуют больше спать. Так мы даем мозгу больше времени для восстановления нарушенных функций организма?

Да. Наши эксперименты это полностью подтверждают. Если хочешь быть здоровым, надо правильно спать. Тогда есть шанс прожить хотя бы до 120-150 лет.

Об акупунктуре

Мой Учитель говорил, что согласно даосской картине мира наши эмоции и даже многие наши действия определяются состоянием внутренних органов. Например, что усилие "хочу" идет от почек, а усилие "надо" — от печени. Ваша теория позволяет понять, каким образом подобные закономерности могут объясняться.

Да, на Востоке было получено много интересных наблюдений по поводу функционирования организма. Часть этих эмпирических находок сейчас подтверждается. Например, висцеральная теория позволяет сделать предположение о механизмах работы акупунктурных точек и рефлексотерапии. Я попробую пояснить.

Когда мы на экспериментах продемонстрировали ответы коры мозга на стимуляцию внутренних органов, возник следующий вопрос: "Каким образом весь объем висцеральной информации приходит в кору? " Анатомия проводящих путей от сенсорных каналов к тому времени была хорошо известна. Были так же исследования, касающиеся блуждающего нерва. Но мы четко понимали, что одного блуждающего нерва для передачи всего массива информации от внутренних органов не достаточно. Этот нерв слишком маленький. Мы начали искать другие объяснения.

Известно, что от различных участков кожи к позвоночнику идут нервные волокна. Дерматологами давно составлена подробная схема, показывающая соответствие различных участков поверхности тела и корешков спинного мозга. Позже выяснилось, что через эти же самые корешки к спинному мозгу приходят нервные волокна от внутренних органов. Более того, все эти волокна оканчиваются на одних и тех же нейронах спинного мозга. Они там смешиваются и далее передают информацию в головной мозг. Получается, что один и тот же нейрон может быть возбужден как сигналами, идущими от поверхности тела, так и сигналами, поступающими от внутренних органов. Только, согласно висцеральной теории, это никогда не происходит одновременно. Состояние сна выступает в качестве переключателя. Мы об этом уже говорили.

Теперь вернемся к акупунктуре. Если у человека есть патология в каких-то внутренних органах, то организм делает все для ускорения передачи информации от них в спинной и головной мозг. Он снижает пороги чувствительности соответствующих нейронов, чтобы улучшить проведение сигналов. Как еще можно побудить организм снизить эти пороги? Мы знаем, что на те же самые нейроны приходят сигналы от кожи. Значит, если начать раздражать соответствующие участки кожи, то мы получим нужную нам реакцию нейронов. Именно этим и занимается акупунктура.

Кстати, помните я рассказывал о том, что при любом странном патологическом воздействии животное засыпает? Ровно такой же эффект наблюдается у человека при введении игл во время сеанса рефлексотерапии. Человек начинает дремать или проваливается в сон. Теперь вы сами можете объяснить, с чем это связано. Мозг начинает разбираться с проблемой (для этого ему нужен режим сна) и, в первую очередь, запрашивать информацию от тех органов, которые соотносятся с "уколотыми" иглами участками кожи.

О сознании, подсознании и памяти

Сказанное Вами вполне объясняет еще один момент, характерный для восточных практик самосовершенствования. Известно, что они очень многое делают через медитацию, т.е. через состояние достаточно близкое ко сну. Получается, что медитация может использоваться для целенаправленной настройки работы внутренних органов?

Да. Хотя я очень сомневаюсь, что можно начать активно вмешиваться в деятельность органов. Но открыть возможность для проведения сигналов от органов в головной мозг, а также предоставить мозгу дополнительное время для "наведения порядка" с помощью медитации, вероятно, вполне возможно.

Здесь надо пояснить, что я понимаю под "наведением порядка". Речь об устранении любых расхождений между генетически заданными параметрами функционирования организма и его фактическим состоянием.

Давайте немного поговорим о сознании. Что это такое? Где находится сознание?

Из висцеральной теории следует, что сознание определенно не связано с корой головного мозга. Ведь сознание активно в бодрствовании и отключается во сне. А нейроны коры одинаково активны как в бодрствовании, так и во сне. А вот нейроны в структурах так называемых базальных ганглиев ведут себя именно таким образом. Они получают сигналы от всех участков коры и активированы в бодрствовании, а во сне проведение сигналов из коры в эти структуры блокируется и нейроны замолкают.

Кора же отвечает за работу подсознания. Точнее, за обработку того колоссального массива информации, который мы даже не осознаем.

Но мы можем уверенно утверждать, что сознание "живет" в мозге?

Упомянутого участка мозга для обеспечения работы такой чахлой составляющей человека как сознание вполне достаточно. Подсознательная деятельность дождевого червя с информационной точки зрения гораздо сложнее того, что делает наше с вами сознание.

Но я не могу сказать того же самого про память. Память – это совсем другое…

Поясните, пожалуйста.

Логично было бы предположить, что память должна храниться у нас в теле или хотя бы в мозге. Удивительное возникает, когда начинают исследовать мозг с этой точки зрения.

Свойства памяти обнаруживаются буквально в каждой его клетке. Но это выглядит скорее как та память, которая находится во всех наших информационных устройствах – принтерах, сканерах и т.п. C другой стороны, какого-то аналога основного накопителя информации типа жесткого диска или блоков твердотельной памяти, отвечающих за хранение основного массива жизненной и информации, до сих пор не обнаружено.

Предполагают, что память может быть рассредоточена по всей коре или даже по всему объему мозга. Есть соображения в пользу того, что память может записываться на тех же молекулах ДНК, которые несут в себе генетическую информацию. Но тут остается открытым вопрос о быстрых механизмах извлечения этой информации… Так что пока ответа на вопрос где же хранится память, нет.

Часто случалось, что подсказки физиологам давали успехи в развитии технических систем, и, в первую очередь, успехи в области информационных технологий. Если бы я занимался исследованиями памяти, то обратил бы сейчас внимание на облачные хранилища данных. Уж если люди додумались до того, что нерационально таскать с собой большие хранилища информации, а лучше организовать легкий доступ к этим хранилищам с любого места, то неужели конструктор человека не понял преимущества такой системы?

Вы считаете, что память хранится вне человека?

Да, я сейчас вполне допускаю такое. Но где именно и как именно она хранится, я, естественно, не знаю. Видимо, нам надо ждать открытия новой материальной субстанции, которая позволяла бы хранить подобную информацию и обеспечивать организмам быструю связь с этим хранилищем. Думаю, что вскоре физики такую субстанцию или такое поле обнаружат. Сейчас в исследовании мироздания открывается много удивительных вещей.

О полифазном сне и сновидениях

Что Вы думаете по поводу практик полифазного сна? Для читателей напомню, что полифазным (или многофазным) называется такой режим сна, при котором сон разбивается на большое количество периодов, распределенных в течение суток. Человек как бы спит "много раз по чуть-чуть".

Такая практика могла бы быть идеальной. По подобной модели работают многие зверюшки. Понаблюдайте. Они спят дробно, а не одним большим периодом.

Бороться с естественной сонливостью крайне вредно. Ведь сонливость означает, что в организме возникли сбои и требуется "наведение порядка".

Что такое сновидения?

Я думаю, что сновидения – это форма патологии. В норме (т.е. когда вся нейрология работает правильно) их быть не должно. Даже могу предположить, что человек, который никогда не видит снов, проживет на 20-30 лет дольше.

Что для Вас является самым удивительным в феномене сна?

Во сне все удивительно!

Иван Пигарёв – ведущий сотрудник Института проблем передачи информации. Занимается физиологией сна. Его работы известны во всем мире, многие приборы создает сам дома и в лаборатории.

Теория известного ученого произвела сенсацию: по ночам мозг «общается» с внутренними органами и «латает» организм.

Что происходит, когда человек спит?

Долгое время считалось, что мозг, как мышцы в теле, устает и ночью просто расслабляется. Но позже эксперименты показали, что во сне он продолжает активно работать. Следующие предположения: он обрабатывает накопленную за день информацию, решает эмоциональные проблемы.

Но есть еще одна революционная гипотеза – о ней рассказал ученый с мировым именем, научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН Иван Пигарёв.

Сон не потеря времени, а лекарство

С кем «общаются» сердце и желудок?

– Мою теорию принимают в медицине, но отвергают те, кто профессионально занимается сном – она ломает все устои. Объясню, как я к ней пришел: изучая вопросы сна, расхожие мнения, я задумался, что многие животные спят столько же, сколько и человек. Крыса, к примеру, даже больше. Но какую информацию обрабатывает во сне ее мозг? А что за нравственные и эмоциональные проблемы решают по ночам, скажем, утки или кроты?

Согласитесь, ответить сложно. И вот что еще ставило в тупик: во внутренних органах есть множество рецепторов, они постоянно собирают информацию – о температуре, кислотности, химических процессах. Куда она идет – загадка . Ведь сигналы от глаз обрабатывают две трети коры головного мозга, а, например, данные от желудка как будто туда и не поступают.

К тому же, сами за себя говорят опыты: когда крыс лишали сна и они умирали, вскрытие показывало, что никаких изменений в мозге грызунов не было, но сильно страдали внутренние органы.

Вот такие раздумья и многолетние эксперименты привели Ивана Пигарева к логичному выводу: во время сна мозг анализирует сообщения от внутренних органов, оценивает физическое состояние тела и занимается самолечением.

– Что же именно происходит?

– Каждую ночь наш организм проводит сканирование всех внутренних органов и первым делом приводит в порядок то, что больше всего нуждается в помощи. Дальше, если вы все еще спите, идет вторая очередь задач, третья.

Опять же имеет значение фаза сна. Основное взаимодействие внутренних органов с корой мозга происходит во время медленного сна. А вот во время быстрого сна, я считаю, мозг занимается собой – ведь он тоже внутренний орган, а не только управляющий центр.

Вообще, еще много загадок и открытий. Моя супруга Марина трудится в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, она также занимается проблемами сна. Благодаря своим экспериментам на крысах она выявила закономерность: нарушение сна непосредственно перед зачатием и на первой неделе беременности приводит к увеличению смертности потомства.

Разбудят звуки природы

– Получается, чем больше спишь – тем лучше?

– Спать нужно ровно столько, сколько хочется. Сон – это не потеря времени, как долго считалось. Некоторые ученые доходили до абсурда – пытались изобрести таблетки, которые позволили бы не спать.

Сон – важнейшая часть нашей жизни, во время которой мозг занимается сложной деятельностью. Возможно, даже более сложной, чем та, которой он занят во время бодрствования. И если мы хотим быть эффективными, здоровыми, нам нужен хороший полноценный сон. Без помех и неестественных укорачиваний.

– То есть будильники – вред?

– По сути – да, хотя понятно, что нужно делать поправку на современную жизнь. Если будильник необходим, стоит хотя бы постараться уменьшить вред от него: не ставить резких и громких сигналов, лучше использовать естественные звуки природы или вообще вибрацию.

– А как быть с пожилыми людьми? С возрастом начинаешь спать все меньше. Разве организм здоровеет?

– Мозг на протяжении всей жизни получает богатый опыт работы с нашим телом, учится. И постепенно может справляться с управлением разными органами тела все быстрее. Вот и получается, что здоровые люди с возрастом начинают спать меньше. Но, заметьте, если у пожилых возникают заболевания, продолжительность сна увеличивается.

Снотворное не панацея

– Можно ли применять сон в медицинских целях?

– Делались такие попытки. Но оказалось, что искусственное погружение в сон – не то же самое, что естественный процесс. Другими словами, вы засыпаете сами или пьете снотворное – совершенно разные вещи и разные результаты. Таблетка может облегчить засыпание, но она не включит механизмы управления внутренними органами. На данный момент нам известно как минимум пять блоков переключения информационных потоков, которые переводят нас от бодрствования ко сну.

Кстати, бессонница – большая проблема. В Америке ею страдает огромное количество людей, и в России цифры с каждым годом растут. Расстройство сна ведет к различным заболеваниям (та же язва желудка и т. д.), но к нему по-прежнему не относятся серьезно.

– Вы сами следуете своей теории?

– Сплю примерно по восемь часов, встаю без будильника, по четкому режиму. И отлично себя чувствую! Вообще, я уверен, что самый продуктивный возраст для человека – от 70 до 100 лет: опыта и знаний накоплено много, а физиологически ничто не мешает быть в хорошей форме. Так что, надеюсь, главные открытия еще впереди!

Иван Пигарёв: «Сон не потеря времени, а лекарство»

Лекция длинная, но стоит потратить время послушать ее, потому что она открывает тайны борьбы со стрессом. Весьма рекомендую. опубликовано

Накануне «Публичной лекции «Полит.ру» 27 февраля 2014 года мы поговорили с Иваном Николаевичем Пигарёвым, доктором биологических наук, главным научным сотрудником Лаборатории обработки сенсорной информации . Беседовала Наталия Демина.

Почему вы занялись исследованием сна?

Исходно я - физиолог зрения. После окончания биологического факультета МГУ я пришел работать в лабораторию Института проблем передачи информации, и до сих пор работаю в этом институте. Тогда Лаборатория называлась Лабораторией физиологии зрения. После этого прошло много лет, она расширялась и стала Лабораторией передачи информации в сенсорных системах. Мои коллеги занимаются самыми разными вещами, но всегда доминирующим было зрение.

Первоначально я занимался устройством зрительной системы, начиная с лягушек, потому что тогда, в 60-е годы, были сделаны интересные открытия в этой области. Тогда было принято делать так: лягушку обездвиживали специальной химией, чтобы она не бегала, не прыгала. Поскольку лягушка может дышать через кожу, ей не надо делать искусственное дыхание, это очень удобно. Обездвиженная лягушка лежала, ей перед глазами подавали некую искусственную стимуляцию, и исследовали, каким образом в ее мозге анализировались зрительные сигналы.

Мне такой подход всегда не нравился. Мне казалось, что любую систему живого организма нужно исследовать в её естественной ситуации, в тех условиях, в которых она была создана в свое время. Поэтому если мы исследуем зрительную систему, то лучше, чтобы животное было без всякой обездвижки, чтобы оно было нормальное, подвижное, с сохраненными движениями глаз. А лучше всего, чтобы оно было помещено в ту среду обитания, для которой эта зверушка была спроектирована. Если это лягушка, то это - лес, болото, трава.

С самого начала я занялся проектированием и разработкой методических приемов, которые бы позволяли работать на животных в комфортных для них условиях, чтобы им было хорошо, а мне интересно. Сначала это было с лягушкой. Мы, наверное, были первыми сумасшедшими исследователями, которые регистрировали активность одиночных нейронов сетчатки из глаза живого существа - у лягушки, которая прыгала в лесу. А мы шли за ней с магнитофоном на некотором расстоянии и записывали активность нейронов.

На голове у лягушки стояла маленькая «корона». В ней были микроманипулятор, микроэлектрод. Микроэлектрод можно было передвигать в разные уровни мозга, висел маленький усилитель. Тогда еще не было транзисторов, это была такая далекая эпоха, когда не было хороших полевых транзисторов. Поэтому у нас был собран усилитель на маленькой, миниатюрной лампочке. Он висел на удочке, от него шла проволочка к лягушке.

Лягушка прыгала, а мы за ней шли и записывали, что у нее в мозгу работает. С лягушкой мы быстро разобрались. Она интересно сделана, но мы для себя этот вопрос исчерпали. Определенные вещи стали предельно ясны. А на следующий шаг не было ярких идей. Мы решили, что поскольку у лягушки довольно специфическая зрительная система, её отдаленные аналоги остаются и у человека, но это очень отдаленные аналоги.

Как лягушка все-таки видит? В цвете?

Мы даже не можем быть уверены, как видит другой человек. Есть ли у лягушки вообще нечто похожее на наше восприятие и ощущения, мы решить не в состоянии, потому что пока животное не умеет говорить и не может объяснить, мы этот вопрос экспериментально решить не можем.

Даже если мы сделаем точную копию её глаза?

Мы даже не знаем, как у другого человека возникают ощущения. Мы не можем определить, являются ли ваши ощущения цвета от этого стола такими же, как у меня. Но поскольку мы оба скажем, что этот стол бордовый, то, договорившись, мы можем общаться. Но у нас не может быть полной уверенности, что внутренние ощущения у нас одинаковые.

Получается, что сообщения, что сова видит так-то, а собака так-то не верны?

Да, это совершенно неверно сформулированные высказывания. Мы не можем сказать, что они видят. Мы можем лишь сказать, какое животное имеет цветовое зрение, а какое нет. Мы можем исследовать рецепторы в сетчатке, определить, сколько в сетчатке есть приемников.

Так, наше цветовое зрение построено на трех приемниках. Поскольку кривые спектральной чувствительности у всех нормальных людей одинаковые, то можно заключить, что если тут всё одинаково, то и восприятие одинаково. На этой вере мы и базируемся.

Но нужно всегда точно помнить, что это - момент веры. Мы можем верить, что все мы видим одинаково, а можем не верить. Экспериментально мы этот вопрос решить принципиально не в состоянии. Но тогда не надо им заниматься. Однако мы можем сказать, что если у людей в сетчатке имеется три типа колбочек, имеющих разные кривые спектральной чувствительности, то люди в состоянии иметь так называемое трихроматическое зрение. Я умею различать цвета, и вы умеете различать цвета, так как у вас есть такие же приемники как у меня.

А у лягушки?

А у лягушки нет, у нее одного типа колбочек нет. У нее в лучшем случае дихроматовое зрение.

Это значит, что она какие-то цвета видит, а какие-то нет?

У нее сложнее ситуация. У нее очень специфически организованная система зрения, у нее в глазу находятся специализированные нейроны. Они проводят сортировку всех зрительных объектов, их классификацию на четыре важных для лягушки типа. Из сетчатки глаза в мозг лягушки идет не картинка как у человека, а идет местоположение пищи, укрытия, препятствия и врага. Весь мир у нее распадается на эти 4 понятия, поступающие сигналы делятся на четыре категории.

Оказалось, что разные категории обслуживаются разными цветовыми системами. Есть каналы, которые абсолютно цветослепые, они обслуживаются всего одним типом колбочек, они не могут определить цвет. Другие обслуживаются двумя типами колбочек, то есть в этом случае лягушка - дихромат. Но это не моя текущая область исследований. Об этом подробнее вам могут рассказать мои коллеги по ИППИ: Вадим Максимов, Елена Максимова. Вадим Викторович Максимов может рассказать, какие животные какие цвета умеют различать.

Я всю жизнь терпеть не мог цвет, поэтому мне нравились лягушки, они не очень «цветовые», с ними вполне можно работать, используя черно-белую зрительную стимуляцию.

Я всегда боялся цвета. Физиология цвета - это безумно сложная область науки. Когда дилетанты в это лезут, то получается просто кошмар. Я вовремя это понял, старался избегать этого дела, чтобы не попасть в какое-то дурацкое положение. Но если возникала такая необходимость, то у меня всегда были рядом квалифицированные консультанты.

Так мы завершили исследование зрения у лягушек, решив, что нам интереснее перейти к зверям более похожим на нас. В этом смысле, кошка имеет конструкцию зрительной системы человеческого типа. Всё, что есть у кошки, у нас тоже есть. Но у нас есть еще немного того, чего у кошки нет.

Мы разработали специальную методику. За 30 лет она модифицировалась, но идея оставалась той же самой. Безболезненная фиксация головы у кошки, она спокойно сидит, ее глаза открыты, она может двигать глазами, а мы погружаем электроды в разные части мозга, например, в её зрительную кору.

Зрительная кора у кошки очень сложная, порядка 12 зрительных зон, которые решают разные зрительные задачи. Когда мы начали регистрировать активность этих зон, мы стали замечать такое явление, что кошка сидит час-два-три, реагирует на какую-то зрительную стимуляцию, потом ей все это безумно надоедает, она закрывает глаза и норовит заснуть. А мы при этом регистрируем активность ее мозга. Мы видим, что как только начинаются признаки сонливости, то резко меняется характер нейронной активности, пропадают реакции на зрительные стимулы.

В самом начале у меня был один замечательный кот. Он спал с открытыми глазами. Это было очень удобно. Он сидит, глаза открытые. Вдруг нейрон, который был в зрительной коре и отвечал за зрительную стимуляцию, перестает на нее реагировать, и мы наблюдаем типичную активность сна. Пачки импульсных разрядов, между ними продолжительные паузы. Вдобавок мы начали регистрировать электроэнцефаллограмму, чтобы иметь возможность замечать начало сна.

Увлеклись тем, что происходит с мозгом в это время. Вроде все работает, как и при бодрости, замечательная активность нейронов, частота может быть выше, чем при бодрости. Более того, мы быстро поняли, что во время сна многие нейроны, которые «молчали» во время бодрствования и для них не удавалось найти какой-то специфической стимуляции, во сне начинали активно работать. Так что исследователю, занимающемуся поиском нейронов в мозгу, лучше начинать с состояния сна, там их работает гораздо больше. Так началась наша работа со сном.

На самом деле, если по-честному говорить, то история моего пути в физиологию сна была немного не такая. Когда я был студентом МГУ, лекции по энцефалографии нам читала профессор Любовь Абрамовна Новикова, дивная женщина и дивный преподаватель. Теперь, задним числом я могу понять, что она нам рассказывала то, что только месяц назад было сделано и опубликовано, о передовом крае науки. А когда ты студент, а тебе преподаватель что-то рассказывает, ты думаешь, что это уже было сделано давным-давно. В студенческое время деформируется шкала времени в науке. Только потом, задним числом ты понимаешь, где, на самом деле, ты находился.

Она рассказывала нам про результаты экспериментов, которые я потом увидел и у своих кошек. Во-первых, мы от нее узнали, что мозг живых существ во сне не отдыхает, а работает более активно, но что он делает непонятно и неизвестно. Это - загадка. Характерно, что у сна есть специфический рисунок энцефаллограммы, которая при этом имеет волнообразную форму, а волны, видимо, отражают ритмику приходящей активности активности. С другой стороны, живые существа теряют связь с внешним миром и ничего из внешнего мира не получают. Откуда и как генерируется эта мозговая активность? Непонятно.

Когда она об этом сказала, я вдруг подумал, а в чем загадка? В бодрствовании мы получаем сигналы из внешнего мира, а во сне - из внутреннего. Всё понятно! Эта идея родилась совершенно как инсайт. Так бывает. Потом, когда я уже получил возможность исследовать сон, то поделился этой идеей с коллегами, у меня было много знакомых.

В частности, у нас были те, кто занимался сном профессионально, в Москве. Это были известные в этой области эксперты, сделавшие много интересных работ. Я высказал свою идею. Они сказали, что моя идея - полная ерунда. И я продолжал заниматься зрением. Но моя идея жила, интерес ко сну оставался. В основном я читал научную литературу по зрению, но если появлялась по сну, то её я тоже читал.

Постепенно у меня начало складываться впечатление, что в этой науке о сне, люди часто обсуждают теории сна, которые настолько смешны, что я бы их не стал рассматривать, потому что они ничего не объясняют. А самую простую идею, которая может всё объяснить, никто даже не обсуждает.

Потом, как и у всей нашей науки, настал трагический период, настала перестройка, крах науки в России. Но я не хотел бы связывать этот крах с перестройкой. Когда она началась, особого краха науки не было. Все началось при Ельцине, когда в стране начался полный экономический коллапс. Организация науки осталась прежней, только работать было очень сложно. У нас остались те же зарплаты, которые мы получали в советское время, только цены в 3000 раз подскочили. А тут у меня подвернулась возможность уехать работать в Германию. Меня пригласили включиться в один немецкий проект по физиологии, где исследовалось зрение обезьянок.

И перед отъездом я понял, что нужно провести эксперименты по сну здесь, в России, это - моя последняя возможность. В России у меня своя лаборатория, тут я могу делать всё, что хочу, а в Германии я буду действовать в рамках из законов и ограничений. Так, перед отъездом я решил проверить свою давнюю идею. Поскольку я долго над ней думал, то уже придумал технику экспериментов. Я имплантировал кошке в живот, в зоне кишок, стимулирующие электроды. Когда кошка заснула, и в коре появилась типичная сонная активность, я через эти электроды подал короткий электрический импульс, и оказалось, что в зрительной коре кошки нейроны бурно затарахтели в ответ. Ого! Тогда я понял, что моя идея - не так плоха, и с ней стоит повозиться. Пару месяцев до отъезда я быстренько записал активность большого количества нейронов, достаточное, чтобы можно было написать статью.

В Киеве тогда издавался очень хороший международный нейрофизиологический журнал Neuroscience. Он до сих пор существует, в свое время он был создан IBRO, International Brain Research Organization, у него было два редактора. Один - Платон Григорьевич Костюк, директор Института физиологии в Киеве, а другой Рудольфо Льинас (Rodolfo Llinas) - американец. Костюк был ответственен за восточный блок, страны народной демократии, Советский Союз, а Льинас - за западное полушарие. Они принимали статьи на рецензирование, если редактор их принимал, то статья печаталась. Журнал издавался на английском.

Мою статью о первых полученных результатах о сне я написал, когда уже приехал в Германию. Знающие коллеги проверили и поправили английский язык. Я отправил статью в журнал, ее приняли и напечатали. Но практически никакого отзвука статья не получила.

Потом пошла долгая, длинная текущая работа. Что-то мне удалось сделать в Германии. К счастью, там мне была предоставлена большая свобода. Мои обезьяны делали всё, что нужно по задачкам по зрению, а в свободное время они у меня и поспать могли. И никто мне не мешал.

Сколько вам было лет, когда вы уехали в Германию?

В Германию я приехал в 1993 году, когда мне было 52 года.

Хороший возраст!

По части постановки экспериментов моя активность до сих пор не упала. Так сложилось, что я всегда свои эксперименты делал своими руками.

Почему-то исследования сна как-то никого не вдохновляют, а исследование зрения - наоборот, всем нравится, особенно студентам. Я сам по себе помню, когда пришел в университет. Мне были очень интересны лекции по сенсорным системам, по физиологии зрения. А если бы мне кто-то сказал про лекции по пищеварительной системе, по кишкам и желудку… Общее отношение к этому было как к физиологии второго сорта. Но это было совершенно неправильное суждение.

Если вспомнить физиологию конца XIX века, то это была в основном физиология желудочно-кишечного тракта и висцеральных систем. Свою Нобелевскую премию 1904 года Иван Петрович Павлов получил вовсе не за условный рефлекс, а за «работу по физиологии пищеварения». Потом уже, когда он обнаружил этот условный рефлекс, занимаясь желудочно-кишечным трактом, все бросились в эту область, а про желудочно-кишечный тракт забыли. Затем большой удар по физиологии висцеральных систем нанесло то, что оказалось, что в коре мозга нет представительства висцеральных систем.

А что такое висцеральные системы?

Это системы, которые обеспечивают жизнеобеспечение нашего организма. Висцера - те потроха, которые у нас находятся внутри живота, это органы, находящиеся в брюшной полости. Понятие висцеральных систем сейчас несколько расширилось, и сейчас туда относят и сердце, и систему кровообращения. Возможно, что это не очень удачный термин, но туда включается всё, что не связано с мозгами, во всяком случае, в моем представлении

Есть нервная система, и сенсорная система, это то, что занимается обработкой информации из внешнего мира или от тела животного и организацией поведения. А другая система - это то, что обеспечивает жизнеспособность тела. Все это можно включить в понятие «висцеральные системы» - системы жизнеобеспечения.

И когда оказалось, что во всей коре мозга нет представительства никаких систем жизнеобеспечения… В советской науке с этим была связана драматичная история. Могу рассказать для любопытства. Ведь это представительство наши ученые уже открыли. В 50-е годы ученик Павлова, Владимир Николаевич Черниговский (ред. 1907-1981 ) имел лабораторию в Институте физиологии им. Павлова в Ленинграде, которая занималась исследованием представительства систем жизнеобеспечения в коре головного мозга.

В этой лаборатории прокартировали все проекции многочисленных нервов, которые управляют внутренними органами. Они нашли представительство и почек, и печени, и сердца, и репродуктивных систем в коре мозга. Всё это было исследовано. У Черниговского была огромная лаборатория. Он долгое время был директором этого института. Он был замечательным ученым, физиологом высшего класса.

А потом наступил такой момент, что эти работы были поставлены под сомнение. Свои исследования они проводили на животных под наркозом. А потом появилась техника работы на животных без наркоза, можно было регистрировать нейронную активность у бодрствующих и поведенчески активных животных. И когда начали пытаться повторять эти результаты, оказалось, что ничего нет.

Оказывается, что все эти ответы, которые были получены, были видны лишь под наркозом. Когда начали изучать животных без наркоза, никакого представительства висцеральных систем в коре найти не удалось. Был сделан вывод, что все полученные Черниговским результаты - следствие наркоза, и все исследования в этом направлении были свернуты. Это было очень трагично для того же Черниговского и других.

После этого интерес к висцеральным системам в нашей физиологии упал. В мире оставались отдельные лаборатории, но они занимались более практичными вопросами. Например, они вырезали кусок кишки и его изучали. В стенках кишки идет сложная нервная система, поэтому кишка - это трубочка из сплошных мозгов.

А мозги в кавычках?

Да нет, они ничем не отличаются от других. Те же нейроны, те же связи, те же синапсы.

Из школьного курса анатомии мы знаем, что есть головной мозг, есть спинной мозг. А как это называется?

А это третье - периферическая нервная система. Оказывается, что в ней, вдоль всего желудочно-кишечного тракта, нейронов столько же, сколько в спинном мозге. Это мощнейшая нервная система. Но она не представлена у нас в ощущениях. Если мы чувствуем то, что приходит к нам в головной мозг из внешнего мира, то всё, что творится внутри нас, в нашем сознании не представлено.

Но если начать подходить к этим процессам строго, с информационных позиций, и начинать оценивать сложность информационных процессов и задач, которые решает наша система жизнеобеспечения, то оказывается, что это ничуть не проще, чем весь наш интеллект, чем вся наша зрительная система. То, что мы ощущаем и видим, это детские проблемы по сравнению с теми проблемами, которые решают наши внутренние органы, наши органы жизнеобеспечения. И это очень интересно.

Можно ли сказать, что ваше исследование дает новую жизнь идеям Черниговского?

Я считаю, что да. Одним и довольно важным, с моей точки зрения, значением наших работ является то, что мы реабилитируем исследования наших коллег. Потому что мы показываем, что все связи, которые они описали, действительно есть, они есть и без наркоза, но только они открываются во сне.

А наркоз и сон в чем-то похожи?

Наркоз есть некая модель сна. Но это - не эквивалент сна. И мы это прекрасно видим. Зверушка бодрая, у нее в коре мозга нет представительства внутренних органов. Зверушка заснула, у нее нет никакого входа из внешнего мира, а наоборот открываются огромные потоки сигналов от систем жизнеобеспечения на все те же самые корковые зоны, и все они вовлечены в эту деятельность. Оказалось, что при таком понимании всё начинает становиться на свое место.

Простое бытовое сравнение. Все говорят, что 90% информации о внешнем мире мы получаем через глаза. Кто считал эти проценты, сказать сложно. Но, во всяком случае, все согласятся, что зрение нам очень нужно, мы через него получаем много. Получаем мы это через рецепторы, которые есть на сетчатке, через палочки и колбочки. Мы знаем, что у человека их примерно 1,5 млн.

Оказывается, что только вдоль желудочно-кишечного тракта расположено интерорецепторов, то есть таких же палочек и колбочек как в глазу, но которые чувствуют параметры работы наших внутренних органов, столько же, сколько палочек и колбочек в глазу. Это - рецепторы температуры, механические рецепторы, хеморецепторы. То есть только вдоль желудочно-кишечного тракта, не будем брать печень, другие органы, таких рецепторов столько же, сколько и в глазах. То есть поток информации, идущий от этих органов, соизмерим с информацией от органов зрения!

Сейчас мы видим, что в зрительные ответы при бодрствовании включаются чуть ли не ¾ коры. Но и во время сна практически во всех частях коры головного мозга мы можем увидеть ответы на стимуляцию желудочно-кишечного тракта. То есть почти вся кора откликается на анализ этой стимуляции. Кроме того, есть же и еще другие внутренние органы, и сердце, и легкие.

Тогда становится совершенно понятно, что если мы не даем животному спать, у него теряется возможность управления и координации внутренних органов. Но такая сложнейшая система не в состоянии работать без координации. Это все равно, что нам отрезать мозги и выпустить бегать по улице. Долго мы не пробегаем.

Хотя аналоги есть, это - сомнамбулизм, когда у человека отключен блок сознания, все остальное работает, человек выходит на улицу, проделывает длительное путешествие, но у него не работает сознание, он ничего не помнит. Понятно, что если такое происходит в оживленном городе, человек долго не протянет. К счастью, сомнабулы быстро просыпаются.

Мы знаем, что 8 часов бодрствования наши внутренние органы спокойно могут работать без привлечения головного мозга. У них свои мозги сидят вдоль всего желудочно-кишечного тракта, но они не знают ничего, что происходит в других частях тела. Кишки то работают не только ради кишок. Они работают, чтобы выбрать и послать нужную пищу тому, кто нуждается.

Нашли ли ваши идеи отклик у коллег за рубежом?

Сложно сказать. В течение долгого времени на них не было никакой реакции. Был поставлен активный блок на пути к публикациям, мы долго не могли напечатать наши статьи в журналы по исследованию сна. Зарубежные журналы откидывали статьи, даже не отсылая их на рецензирование. Чувствовалось, что некоторые коллеги не хотят эти идеи слышать. Но время идет. Постепенно картина меняется.

Что-то похожее было у нас, в нашей среде. Но в нашей среде было легче жить, потому что рейтинг нашего института и нашей лаборатории был очень высокий, я был известен как грамотный физиолог по зрительным работам. Трудно было сказать, что эти работы делаются человеком, который ничего не умеет. Поскольку люди знали, что я что-то умею, к ним было больше внимания.

В нашей российской среде эти идеи уже стали общепринятыми. Во всяком случае, медики их встречают с большим интересом. Потому что накопилось огромное количество данных о том, что патологии внутренних органов в большей части случаев возникают как следствие нарушения сна. Интерес к области сна сейчас во всем мире растет. Стало понятно, что слишком много патологий связано с нарушениями сна, но не было теории, которая бы это объясняла. В прошлом году мы опубликовали большую статью по результатам исследования 12-перстной кишки у кошек и ее связи с активностью мозга в журнале «Гастроэнтерология». Журнал американский, медицинский, не связанный с исследованиями сна. У них не было груза идей, связанных с привычными гипотезами о функциях сна, а, наоборот, для них было откровением, что есть идеи, которые начинают легко объяснять то, что раньше было непонятно.

А вам во сне приходили какие-то идеи, как это было у Менделеева?

Нет (смеется) . Я думаю, что и к Менделееву ничего во сне не приходило. Во сне надо спать, а идеи должны приходить во время бодрствования.

Были ли в вашем детстве и юности научно-популярные книги, которые на вас повлияли так, что вы стали биологом?

По биологии нет, я скорее читал научно-популярные книги по физике и технике. Я считал, что буду заниматься физикой, даже готовился к поступлению на физфак. Но буквально как-то в последний момент всё изменилось, и я перекинулся на биофак. В юности я много читал популярных книг из области точных наук, а не биологии. Всю жизнь терпеть не мог ботанику, зоологию и классическую биологию. Хотя сейчас стал понимать, что зря. На самом деле, ботаника - удивительная область. И я сейчас готов заняться физиологией растений, это очень интересная тема.

С книгами у меня плохо. « Я чукча - писатель, а не читатель».

Вы - прекрасный рассказчик, не было ли у вас желания стать автором научно-популярной книги?

Наши научные работы, думаю, доступны многим. Я стараюсь писать так, чтобы было понятно не только узким специалистам. Так получилось, что в нашем институте наши идеи гораздо лучше и с большим интересом воспринимают физики, математики и лингвисты. Апресян… Гораздо хуже биологи. Прошло уже 20 лет, и они постепенно привыкают. Но сначала они меня на дух не воспринимали.

Есть еще и психологический момент, что «нет пророка в своем отечестве». Мне не раз говорили: «Ты - специалист по зрению, а в другой области ты ничего не понимаешь, не надо нам вешать лапшу на уши». С другой стороны, докторскую диссертацию я защитил через 15 лет исследований зрения, а в области сомнологии я работаю уже 20 лет, и мог бы уже и вторую докторскую защитить.

Продолжите, пожалуйста, фразу. Сон - это…

Сон - это то время, когда отделы центральной нервной системы (ЦНС) переключаются с анализа информации, поступающей из внешнего мира на анализ информации, поступающей от собственного тела данного организма. И это определение становится совершенно универсальным, начиная от инфузории и до человека. И хотя у инфузории нет ЦНС, и вообще есть ли сон у инфузории - вопрос открытый и непонятный, но у простеньких зверушек, вроде червей и дрозофил, сон определенно есть.

Правда?

Конечно! Большинство сомнологов сейчас бы спросило: «А у них разве есть эти волны?». Сонных волн у них нет. Но сонные волны - это не сигнал состояния сна. Важно то, что волны получаются в результате того, что наш мозг обрабатывает сигналы, поступающие от перистальтирующей желудочно-кишечной системы. Эти сигналы трансформируются в волны ритмически работающих нейронов, которые связаны с ритмически работающими системами. Желудочно-кишечный тракт, сердце, дыхание, это - всё ритмичные органы, и от ритмических органов идут ритмические сигналы. И интерференция этих ритмов и дает эти волны сонной активности.

Наступает фаза быстрого сна, это тот же самый сон, он ничем не отличается от медленного. Но совершенно меняется энцефаллограмма. Видимо, в это время в мозги начинает поступать информация от печени, почек, от репродуктивных органов, от самих мозгов, от сосудов, в которых нет ритмики. Мозговая активность рассыпается, меняется рисунок, потому что меняется характер поступающих сигналов. А принцип остается тот же самый. Центральный отдел нервной системы занимается обработкой информации, приходящей от внутренних органов.

У дрозофилы есть центральный отдел нервной системы? Есть. Есть внутренние органы? Есть. У нее не будет таких волн, потому что у нее кишок нет. У нее нет перистальтики. Но у нее есть сокращения сердца. Если мы погрузим в мозги дрозофилы или какой-нибудь пчелы и посмотрим, как перестраивается фоновая активность нейронов во сне, я думаю, что мы увидим проявления сердечного ритма. Но этого никто не делал. Или увидим связи с отделами, занимающимися пищеварением.

Но это определение сна не является общепризнанным.

И когда ты понимаешь, что такое сон, то ты можешь совершенно по-другому подойти к анализу того огромного массива записей, информации, статей, которые за столетия были накоплены в области сна. Становится понятно, что очень многое из этого массива не очень интересно. Ученые занимались изучением сонных волн. Они изучали не суть явления, а некий эпифеномен.

Хотя иногда и это бывает полезно. Так, энцефалография - это самый простой способ с достаточно хорошей степенью точности показать, когда человек засыпает и когда просыпается. Для клинических сомнологов это очень важно. Они могут оценивать длину сна, его прерывистость. В этом смысле эти волны энцефаллограммы - это важная вещь, и их можно изучать. Но когда ты знаешь, что эти волны - не самоцель сна, что продуцировать волны - не задача мозга, а лишь следствие того, чем мозги в это время занимаются, тогда получается другое понимание явления. Тогда всё просто и легко.

Большое спасибо за интервью!

Сколько существует человечество, столько оно пытается разгадать тайну сна. Для чего мы спим? Что происходит с нашим организмом во время сна? Почему одним снятся цветные сны, другим - черно-белые, а кому-то вообще ничего не снится? Что означают наши сновидения? Почему человек без сна умирает быстрее, чем без еды? Недавно все научные представления о сне перевернула революционная гипотеза доктора биологических наук, главного научного сотрудника Лаборатории передачи информации в сенсорных системах Института проблем передачи информации РАН Ивана Николаевича Пигарева. Мы связались с ученым, чтобы как можно больше узнать о его открытии, которое может изменить нашу жизнь.

Покой нам только снится

Иван Николаевич, раньше считалось, что сон необходим человеку для отдыха и восстановления физических сил. К каким выводам пришли вы? Каковы функции и задачи сна?

Действительно, долгое время считали, что сон нужен для отдыха мозга. Было хорошо известно, что во сне существенно затрудняется, а то и просто прекращается передача сигналов из окружающей среды в мозг. Одновременно прекращалась передача команд из мозга на мышцы тела, что приводило к их полному расслаблению, особенно в некоторые фазы сна, и к невозможности выполнения произвольных движений. Складывалось впечатление о полной изоляции мозга от окружающей среды во время сна. И это состояние было естественно рассматривать как отдых мозга после дневной работы. А яркие сновидения, о которых рассказывали люди после сна, подтверждали заключение о доминирующей связи состояния сна с процессами, происходящими в мозге.

Но эту картину подпортили первые электрофизиологические эксперименты, в которых была проведена регистрация активности нейронов мозга в процессе естественного сна. Оказалось, что нейроны мозга не только не отдыхают во время сна, но часто ведут себя более активно, чем в состоянии бодрствования. Кроме того, у теплокровных животных в состоянии сна нейроны в коре мозга переходят на очень похожий режим работы, названный режимом «пачка - пауза». Нейроны периодически сильно активируются на короткое время, а затем замолкают, и этот рисунок продолжается в течение всего периода первой фазы сна, которая была названа медленно-волновым сном. Во время бодрствования, или во вторую фазу сна, так называемую фазу быстрых движений глаз, эти волны прекращаются, а нейроны переходят на неритмичную высокочастотную импульсацию. Стало ясно, что сон - это не отдых нейронов, а некоторая активная деятельность, значение которой оставалось полной загадкой.

Еще в конце ХIХ века до первых электрофизиологических экспериментов врач Мария Михайловна Манасеина попыталась исключить сон из жизни животного и посмотреть, что получится. Затем этот же прием применили в лаборатории академика К. М. Быкова в Ленинграде в 30-е годы ХХ века. И только после большого цикла аналогичных работ, сделанных в лаборатории Аллана Рехтшафена в США в 90-е годы, на результат этих исследований обратили внимание. А результат был прост: после нескольких дней лишения сна животные погибали от множественных расстройств во всех внутренних органах. Удивительно, что наиболее устойчивым к лишению сна оказывался именно мозг, в котором не обнаруживали никаких видимых изменений даже у погибших от лишения сна животных.

Складывалась парадоксальная ситуация. Наша висцеральная теория сна как раз была призвана разрешить все спорные моменты. Мы предположили, что те же отделы коры мозга и те же самые нейроны, которые в состоянии бодрствования анализируют сигналы, приходящие из внешнего мира (зрительные, слуховые и т. п.), в состоянии сна переключаются на анализ сигналов, поступающих от внутренних органов нашего организма.

Последние 15 лет в Институте проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН мы пытались экспериментально подтвердить нашу гипотезу - и добились успеха. Нейроны самых разных отделов коры мозга, которые в состоянии бодрствования были связаны с оценкой положения тела организма или сигналов, поступающих из внешнего мира, во сне начинали реагировать на сигналы, поступающие от желудка, кишечника, сердца, легких. Стало понятно, что нарушение нормального сна лишает внутренние органы центральной нервной регуляции и вскоре приводит к патологическим изменениям в их деятельности. Таким образом, состояние сна, которое некоторые люди считают бессмысленной потерей времени, на самом деле поддерживает работоспособность всего организма, в том числе и эффективность работы самого головного мозга, важнейшего висцерального органа тела животных.

Когда сон - это не сон

Раз уж мы заговорили о животных. Известно, что жираф спит 2 часа, морской лев - 6, собака - 10, белка - 14, а коалы - по 20-22 часа в сутки. Почему человеку нужно 8 часов для сна?

Во-первых, ко всем этим цифрам нужно относиться с большой осторожностью. Как оценить состояние сна? Человек лежит на диване с закрытыми глазами. Он спит или просто думает о чем-то? По поверхностному внешнему наблюдению мы не ответим на этот вопрос. Можно записывать электроэнцефалограмму. Но и это не спасение. В лабораторных условиях при неудобном положении и раздражающих электродах животные могут спать меньше, чем в норме. Если мы ведем запись дистанционно, без проводов, в естественных условиях, то оказывается, что картина электрической активности в активном бодрствовании часто не отличается от картины глубокого сна. Если мы исследуем сон домашних животных вроде собаки, то им нет нужды добывать себе пищу и от нечего делать они могут спать намного больше, чем минимальный прожиточный минимум. Длительность сна может зависеть от характера питания. Например, если животное настроено на питание одним определенным типом растений, то и поддержание работоспособности пищеварительной системой может требовать меньшего времени по сравнению с животными со смешанным типом питания. И таких факторов можно перечислить много. Ну а коалы едят только листья эвкалиптов, на которых живут и которых вокруг полное изобилие. Они просто могут сидеть в неподвижности от полного отсутствия необходимости в перемещении на другое место и переваривать съеденные листья, а со стороны это выглядит как очень длительный сон.

А длительность сна человека определяется его возрастом, полом и состоянием здоровья. Нет единственной цифры, справедливой для всех. Каждый должен прислушиваться к своему организму. Сонливость возникает тогда, когда из каких-либо систем внутренних органов начинают поступать сигналы о том, что параметры работы органа выходят за рамки нормальных и требуется вмешательство мозга для устранения неполадок.

- Есть ли какая-то удобная поза для полноценного человеческого сна? К примеру, летучие мыши спят вверх ногами, лошади - стоя, альбатросы могут спать во время полета.

Вопрос удобства позы каждый выбирает сам для себя. Летучие мыши не спрашивают у нас совета по этому поводу.

Известно, что школьник Рэнди Гарднер, решивший в 1965 году поставить эксперимент, не смыкал глаз 11 дней, за что и попал в Книгу рекордов Гиннесса. Чем чревато хроническое недосыпание? И каковы последствия лишения сна на долгий срок?

Последствие лишения сна на долгий срок - неминуемая смерть организма. Рэнди Гарднер, насколько я знаю, был последний, у кого этот рекорд зарегистрировали. Далее рекорды в этой номинации не регистрировали именно из-за сильнейшего вреда для здоровья. Уже на пятый день у этого школьника начались серьезнейшие психические отклонения. До того несомненно начались расстройства в работе ЖКТ. Но на эту сторону просто не обращали внимания, поскольку в те годы о связи сна с работой внутренних органов еще никто и не думал. Отдаленных последствий этого неумного рекорда я не знаю, но могу предположить, что жизнь этого парня складывалась не лучшим образом.

Только одна половина мозга дельфина способна спать в текущий момент. Во время сна одно полушарие переходит в фазу глубокого сна, а другое бодрствует. Данная особенность позволяет дельфинам спать под водой и не тонуть. В случае опасности бодрствующая половинка мозга будит спящую - и вместе принимают решение по дальнейшим действиям. А как всё устроено у человека?

Да, именно на дельфинах была открыта важная особенность протекания процесса сна. В особых условиях сон может охватывать не всю кору головного мозга, а лишь ее часть. Но именно на дельфинах было показано и то, что все-таки вовлечение в сон всей поверхности коры критически необходимо. Дельфины не могли долго переносить, когда им искусственно давали спать только одной половиной мозга и сон неминуемо распространялся на вторую его половину. Эти опыты проводили в лабораторных условиях, и животные, естественно, при этом не тонули.

Позже оказалось, что и у других животных, включая обезьян и людей, сон в особых условиях может захватывать не всю поверхность коры головного мозга. В наших экспериментах обезьяна работала на компьютере в довольно сложной задаче, связанной с необходимостью узнавания геометрических фигур и их сравнением с фигурами, показываемыми раньше. Мы при этом регистрировали активность нейронов в зрительных областях коры мозга и оценивали величину реакции этих нейронов на показываемые зрительные фигуры. Эти опыты занимали длительное время. Мы заметили, что в ряде опытов после часа работы в задаче реакции нейронов на те же самые фигуры начинали уменьшаться и, наконец, полностью прекращались. Вместо этого у нейронов появлялась типичная сонная активность - упомянутые выше «пачки-паузы». Но обезьяна при этом не спала, а продолжала хорошо работать. Дело было в том, что мы регистрировали нейроны не в первичной зрительной коре, а в так называемой зрительной зоне высокого уровня. Активация этой зоны, вероятно, была критична в особо сложных ситуациях, а нашу задачу обезьяна могла решать и без ее привлечения. Так было открыто явление локального сна отдельных корковых зон.

Видимо, локальный сон - очень распространенное явление. Весьма вероятно, когда люди говорят, что они спят сравнительно мало, в реальности они длительное время своего бодрствования находятся в состоянии частичного сна. Наши эксперименты на обезьянах и кошках показали, что локальный сон возникает именно в корковых зонах высокого уровня, необходимых для решения сложных задач в необычных условиях. В состоянии локального сна человек может вполне хорошо выполнять простую и хорошо знакомую работу. Но при возникновении критических ситуаций, требующих быстрых и необычных решений, совершаются ошибки, которые человек никогда бы не допустил в состоянии полного бодрствования. Именно с этим, скорее всего, связано то, что большинство техногенных катастроф, совершаемых по ошибке операторов, происходит в ночное время, в периоды максимального давления сна, когда вероятность развития такого локального сна наибольшая.

«И снится нам не рокот космодрома…»

- Все люди видят сны? И почему мы часто не помним увиденного во сне?

Наука не имеет возможности объективно зарегистрировать сновидение, время его появления и тем более его содержание. С моей точки зрения, сновидения - своего рода легкая патология сна, не требующая вмешательства врачей, пока она, конечно, не доходит до каких-то вредных форм типа ночных кошмаров. Физиологического смысла в сновидениях нет никакого. То, что сновидения быстро забываются, еще один аргумент в пользу их бессмысленности и ненужности.

Но сновидениям с давних времен придавалось огромное значение. К примеру, и по сей день западноафриканский народ ашанти воспринимает сны настолько серьезно, что мужчина, который видел в эротическом сне чужую жену, может подвергнуться уголовному преследованию. Как нужно относиться к увиденному во сне: не придавать значения или воспринимать как послание либо предупреждение, пытаясь разгадать и расшифровать?

То, что кто-то увидел во сне жену другого мужчины, можно узнать исключительно по его собственному рассказу. Пусть не болтает лишнего - и его не будут преследовать. Пытаться расшифровывать сновидение тоже не стоит. Но наше знание о вероятном механизме возникновения сновидений подтверждает положение Фрейда, что в сновидениях отражаются наболевшие жизненные ситуации. Потому рассказы о сновидениях часто помогают врачам психоневрологам в поисках причин заболеваний пациентов. Это, пожалуй, единственная польза от сновидений.

- Почему одним снятся черно-белые сны, а другим - цветные?

В коре мозга есть зрительные зоны, анализирующие цвет, а есть зрительные зоны, для которых цвет не имеет значения. Во время сна нейроны этих зон возбуждаются сигналами от разных внутренних органов и их активность не должна поступать в отделы сознания. Но иногда очень сильное возбуждение прорывается через барьер и попадает туда как шум, возбуждающий нейроны, связанные с ощущениями. Если приходят такие шумовые сигналы от цветовых зон, то они и расшифровываются как цветовые явления - и развитие событий в сновидениях пойдет по цепочкам цветовых ассоциаций. Аналогично прорвавшиеся сигналы от зон, не анализирующих цветовую информацию, запустят «черно-белые» ассоциации.

Если мы научимся правильно спать, то сможем жить хотя бы до 120-150 лет.

Как можно объяснить, что многие открытия в области науки, литературы и искусства сделаны во сне? Так, Элиас Хоуи изобретение швейной машинки связывал с кошмарным сном, в котором он был атакован каннибалами, вооруженными копьями в форме швейной иглы, которую он впоследствии и изобрел. Нильс Бор во сне увидел структуру атома, Менделеев - свою знаменитую таблицу.

Я слышал версию, в которой идея иглы с отверстием на конце приснилась Зингеру. Но картина в реальности была намного разнообразнее. Карл Вейзенталь еще 1755 году для своей швейной машины запатентовал иглу с двумя острыми концами и отверстием посередине. Позже Уолтер Хант создал свою версию машины, а Элиас Хоуи ее усовершенствовал. Так что все эти инженеры долго думали над своими проектами и мысленно приближались к реалистичному воплощению идей. Весьма вероятно, что случайно приснившаяся картина могла стать той каплей, которая привела к окончательному решению. Так и Нильс Бор, и Дмитрий Менделеев не вдруг увидели сон и заявили об открытии. Перед этим были десятилетия напряженной работы и интенсивного обдумывания этих проблем. Ну а случайный элемент сновидения мог подтолкнуть к последней точке на этом пути. Так случается не только во сне. И в состоянии бодрствования случайные явления могут подталкивать к великим открытиям.

- Здоровый и крепкий сон - это какой?

Это здоровый и крепкий сон. Уже научно подтверждено, что важна не просто длительность сна в сутки, но и сочетание сна с определенной фазой суточного ритма. Для людей это темное время суток. Хорошо, когда можно просыпаться, когда выспался, а не по будильнику. Но это, к сожалению, редко получается. Еще важно следить за дыханием во сне. Сейчас очень распространено заболевание, связанное со снижением тонуса гортанной мускулатуры во время сна. Это приводит к тому, что периодически во время сна у людей перекрывается поток воздуха и останавливается дыхание. С оговорками можно считать храп первым шагом к появлению этого заболевания. За этим нужно следить и при первом подозрении обращаться к сомнологам. Остановки дыхания во сне провоцируют многие тяжелые расстройства в работе нашего организма. Вообще от того, насколько наш сон будет здоровым, зависит здоровье всего организма. Сон не терпит непочтительного отношения к себе.

Беседовала Янина Милославская

Висцерального гипотеза предполагает, что во время сна центральная нервная система, включая все области коры головного мозга, переключается с обработки и анализа экстероцептивной информации (визуальной, соматосенсорной и так далее) на обработку интероцептивной информации (висцеральной), поступающей из всех внутренних органов систем организма.

Если упрощать до самого самого, то гипотеза говорит о том, что когда мы бодрствуем – мозг занят анализом “внешнего мира”, а когда спим – анализом “внутреннего мира”. Ресурсы мозга ограничены и сон используется для того, чтобы проанализировать работу внутренних систем, на что не хватает времени во время бодрствования.

Автор гипотезы, академик РАН Иван Пигарев. Его работа 2013 года называется “Висцеральная теория сна “, что говорит о том, что полагается, что гипотеза была протестирована и доказана, т.е. стала теорией. Я бы правда, предпочел использовать термин “гипотеза”. То ли из-за врожденного скептицизма, то ли не мне не хватает повторения (репликации) результатов экспериментов и проговорение ограничений и противоречий с другими исследованиями. Тем не менее, идея интересная, и в ней наверняка есть что-то важное. Главное, чересчур не увлекаться с интерпретацией следствий этой гипотезы. Спать нужно только сколько нужно и чем лучше тем лучше, это факт. Но стоит ли “лечить” воспаление аппендикса сонной терапией, это большой вопрос 🙂

Если вам удобнее читать, а не смотреть, по ссылке также есть и текстовая версия. Ниже, для убыстрения процесса, тиекстовая выжимка из лекции Ивана Пигарева.

Мозг наш как некий универсальный компьютер во время бодрствования обеспечивает нашу жизнь во внешней среде. Он получает сигналы из внешнего мира чрез глаза, уши, тело, тактильную рецепцию и т.д., для того, чтобы обеспечить наше активное поведение в окружающей среде. Но у нас есть другой мир, у нас есть внутренний мир, мир наших внутренних органов, который тоже безумно сложный, но в отличие от внешнего мира, мир наших внутренних органов не представлен в наших ощущениях. Мы не чувствуем наших кишок, наших почек. Любого человека спросите, что у него внутри, он ничего вам не скажет, пока не прочтет книжку по анатомии. Но этот мир есть, он безумно сложен. Когда физиологи его изучают, становится понятно, насколько он сложен.

Чтобы не быть совсем уж голословным, я приведу такой простой пример: все мы хорошо знаем, насколько важно для нас зрение. Так вот зрительную информацию мы получаем через рецепторы, расположенные в сетчатке глаза – палочки и колбочки. Это все знают еще из школьных курсов анатомии. В глазах человека их порядка полутора миллионов. Сигналы от палочек и колбочек передаются в мозг для анализа. В результате этого анализа мы видим. Мы можем оценивать расстояния, узнавать лица и организовывать наше обычное, нормальное, зрительное поведение.

Так вот, оказалось, что только в стенках желудочно-кишечного тракта расположено столько же рецепторов, сколько в обоих сетчатках наших глаз . Эти рецепторы передают сигналы о температуре, химическом составе перевариваемой пищи, о механических изменениях там, и, видимо, о многом-многом другом, о чем мы даже догадываться не можем, потому что это не дано нам в ощущениях. Зрением мы можем посмотреть, тактильно мы можем пощупать, а что идет оттуда, мы не знаем. В мире нашего сознания не представлен наш висцеральный мир. Но поток информации, идущий оттуда, огромен, он соизмерим с потоком зрительным . И мы предложили очень простую гипотезу. Сон – это то время, когда наш мозг переключается на анализ сигналов, приходящих от внутренних органов. Если там столько сенсоров, то не зря же они там расположены. Если они там есть, значит, они работают. Если они работают, значит, эту информацию должен кто-то анализировать .

Оказалась к этому времени удивительная картина: во всей нашей огромной коре мозга нет представительства внутренних органов, они там не представлены. Совершенно нелепая картина! Как можно себе такое представить? И тогда, замечательно, все сходится одно с другим. Кора мозга у нас в бодрствовании занимается сигналами из внешнего мира, во время сна занимается сигналами из нашего внутреннего мира, от наших внутренних органов. Вот, вроде, получается гипотеза, которая позволяет все объяснить, связать одно с другим.