Что происходит во время быстрого сна. Фазы и стадии сна

Сон - один из самых загадочных процессов, которые происходят в человеческом организме. И один из самых значимых, поскольку во сне мы проводим почти треть жизни. А полное лишение сна даже на относительно короткий промежуток времени в несколько дней может привести к невротическим расстройствам и разбалансировке всего организма. Сон - это очень сложный процесс, при котором изменяется активность головного мозга и жизненно важные функции организма. Ученые смогли выделить фазы медленного и быстрого сна, которые имеют свои особенности и назначение.

Немного истории

Исследовать сон пытались еще в Древней Греции. Правда, тогдашнее объяснение происходящего было скорее мистическим, чем научным. Считалось, что во время сна бессмертная душа может подниматься в высшие сферы и даже спускаться в царство мертвых. Немного видоизмененная, такая трактовка сна продержалась в научных кругах до середины 19 века.

Но и после того, как учеными было установлено, что сон обусловлен работой нервной системы и головного мозга человека и к бессмертной душе не имеет никакого отношения, проводить полноценные исследования было невозможно из-за отсутствия подходящей аппаратуры. И только во второй половине 20 века стала возможна регистрация нервных импульсов, исходящих от мышц и головного мозга, что позволило определять уровень их активности.

С помощью электроприборов в области сна было сделано множество важных открытий. Был обнаружен быстрый и медленный сон, исследованы различные виды бессонницы, изучены процессы, происходящие в организме во время летаргического сна.

Ученым удалось выявить, что активность человека регулируют циркадные ритмы - суточные чередования периодов сна и бодрствования, которые продолжают работать даже если невозможно ориентироваться во времени из-за отсутствия часов и солнечного света.

Компьютерная и магнитно-резонансная томография позволили более подробно исследовать мозговую активность, которая во время быстрого и медленного сна выглядит совершенно по-разному. Интересные процессы происходят с человеком при засыпании, когда тело и мозг начинают медленно отключаться и погружаться в состояние глубокого релакса, но при этом определенные участки мозга продолжают работать.

Но самым грандиозным открытием оказалось то, что реакции мозга и тела на яркое сновидение, которое человек видит в фазе быстрого сна, практически не отличаются от реакций на реально происходящие события. А это значит, что человек в буквальном смысле «проживает» свое сновидение физически и ментально. Но обо всем по порядку.

Засыпание

Человека, который хочет спать, всегда легко узнать, даже если он пытается как-то скрыть свое состояние. Признаками сонливости являются:

Сонный человек начинает потягиваться, тереть глаза, вертеться в поисках удобного для засыпания положения. Связано такое состояние с увеличением концентрации в крови особого гормона - мелатонина. Он мягко тормозит активность нервной системы, способствуя более глубокому расслаблению и ускоряя процесс засыпания.

На качество самого сна гормон практически не оказывает воздействия. Мелатонин является лишь природным регулятором суточных ритмов.

Процесс погружения в сон у здорового взрослого человека длится от 20 до 40 минут. При постоянной длительности засыпания более часа можно говорить о присутствии одной из многочисленных форм бессонницы и лучше принять меры по ее устранению, пока она не перешла в хроническую форму. Помочь в этом могут натуральные седативные препараты, прием дополнительных доз мелатонина или проверенные народные средства.

Медленная фаза

Пройдя через стадию засыпания, человек погружается в медленный сон. Он получил свое название из-за медленного вращения глазных яблок, которое можно наблюдать у спящего человека. Хотя дело не только в них. Во время медленного сна все жизненные функции организма затормаживаются - тело и мозг расслабляются и отдыхают.

По мере изучения этой фазы, ученые делали все новые и новые открытия. В итоге обнаружилось, что у младенцев медленный сон имеет всего две стадии, а у детей старше 1-1,5 лет и взрослых - целых четыре, через которые последовательно проходит организм:

Все четыре стадии медленной фазы по времени занимают примерно полтора часа плюс-минус 10 минут. Из них примерно пятую часть времени занимает глубокий и очень глубокий сон, а остальное - поверхностный.

Причем первую стадию медленного сна человек обычно проходит только после засыпания, а когда в течение ночи чередуются медленный и быстрый сон, она «выпадает».

Быстрая фаза

Что такое быстрый сон, как могут происходить такие странные процессы в организме, и какое он имеет значения для человека, до конца ученые так и не выяснили. Если с медленным все более-менее понятно - это период активного восстановления организма и полного расслабления, то реакции мозга и жизненно важные функции тела во время быстрого сна совершенно другие.

Во время быстрого сна глазные яблоки человека под закрытыми веками начинают быстро передвигаться по хаотической траектории. Со стороны кажется, что человек за чем-то пристально наблюдает. По сути, так оно и есть, так как именно в этой фазе появляются сновидения. Но движение глаз является не единственным и далеко не главным отличием быстрого сна.

Увиденное на энцефалограмме, а позднее и томограмме мозга во время быстрой фазы настолько поразило ученых, что она получила еще одно название «парадоксальный сон». Все показания в этот период могут практически не отличаться от тех, которые сняты в состоянии активного бодрствования, но при этом человек продолжает спать:

Фактически, все тело «включается» в сновидение так, как будто бы оно было реальным событием, и лишь сознание человека отключено. Но если разбудить его в этот момент, то он сможет очень подробно рассказать сюжет сна и при этом будет испытывать эмоциональные переживания.

Интересно, что именно в периоде быстрого сна происходят изменения гормонального фона. Некоторые ученые считают, что он необходим для эмоциональной «перезагрузки» и балансировки эндокринной системы.

Пережив во время сна еще раз волнующие события, человек затем отправляет эти воспоминания в подсознание, и они перестают его беспокоить.

Помогает быстрый сон и в регуляции уровня половых гормонов. Ночные эрекции, поллюции и спонтанные оргазмы происходят как раз в этой фазе. Причем далеко не всегда они сопровождаются сновидениями эротического характера.

В это же время случается и большинство инфарктов или инсультов, из-за того, что расслабленные сердце и сосуды подвергаются резкой нагрузке.

В начале ночи быстрая фаза длится недолго - от 5 до 10 минут, а большую часть времени человек проводит после засыпания в медленном сне. Но под утро соотношение фаз меняется. Периоды быстрого сна становятся все длиннее, а глубокого - все короче, и в один из моментов человек просыпается.

Правильное пробуждение

Интересным фактом является то, что активность и состояние человека, особенно в первой половине дня зависит от того, каким было его пробуждение. Если он проснулся от воздействия внешних раздражителей (будильника, яркого света, резких звуков, толчка) во время медленной фазы сна, ему еще нужно какое-то время, чтобы «прийти в себя». В первые секунды он может даже не понимать, где находится, настолько сильно еще заторможены некоторые отделы мозга.

Совсем другое дело, если пробуждение наступило во время быстрого сна. Организм и так уже бодр и активен, надо только включить сознание. Проснувшийся в этой фазе человек отлично себя чувствует, может быстро встать с кровати и заняться своими делами. При этом он прекрасно помнит последнее сновидение, может записать или пересказать его.

Современный ритм жизни предъявляет высокие требования к уровню физической активности. Возможно, поэтому в последнее время все большую популярность приобретают так называемые «умные будильники», которые считывают показания тела и посылают сигнал как раз в стадии быстрого сна.

Плюс такого прибора в том, что он значительно облегчает пробуждение, а минус - он может разбудить человека за 20-30 минут до установленного времени, так как начинает отслеживать фазы сна заранее, вычисляя подходящий момент.

Но даже если вы проснулись легко, медики не советуют сразу же вскакивать с кровати. Дайте организму 5-10 минут на то, чтобы все органы и системы плавно включились в работу. Потянитесь, полежите, настройтесь на новый день, прокрутите еще раз в голове свои планы. А когда почувствуете, что полностью готовы к активным действиям - вставайте и переходите к утренним процедурам.

Профилактика бессонницы

Здоровым качественным сном считается такое состояние, при котором человек быстро засыпает и плавно переходит из одной фазы в другую, просыпаясь в конце ночи в привычное для себя время самостоятельно, без будильника. Увы, похвастаться этим сегодня могут немногие. Хроническая усталость, стрессы, неправильное питание, негативные эмоции сильно снижают качество сна и становятся все более частыми причинами развития хронической бессонницы.

Чтобы избежать этой проблемы и связанных с ней множественных неприятностей - от неврозов до серьезных психосоматических заболеваний, постарайтесь принять хотя бы элементарные меры, способные обеспечить нормальное качество сна:

И главное, не хватайтесь за снотворное даже в том случае, когда несколько ночей подряд не удалось заснуть. Подобные препараты быстро вызывают привыкание и в большинстве случаев лишают человека быстрой фазы сна.

Под воздействием снотворного наступает «тяжелый» очень глубокий сон без сновидений, который сильно отличается от нормального - после него человек все равно чувствует себя разбитым.

Если проблемы с засыпанием или частыми ночными пробуждениями приобрели затяжной характер, вас часто мучают кошмары или близкие говорят о том, что вы ходите по ночам - отправляйтесь к врачу. Проблему невозможно решить, не выяснив спровоцировавшую ее причину. А это можно сделать только после обследования и консультации с несколькими специалистами: невропатологом, эндокринологом, сомнологом.

Но в большинстве случаев временная бессонница наступает в результате стрессов или при сильном переутомлении и с ней легко справиться, используя народные средства: теплые ванны, молоко на ночь, расслабляющий массаж, ароматерапию. Не менее важен и позитивный настрой. Значительно улучшить качество сна можно просто отучив себя думать по вечерам о проблемах.

Люди интересовались природой сна всегда, ведь человек отдает данному физиологическому состоянию треть своей жизни. Это циклическое явление. За 7-8 часов отдыха проходит 4-5 циклов, включающих себя две фазы сна: быструю и медленную, каждую из которых можно рассчитать. Сколько длится каждая стадия, и какую ценность она несет для человеческого организма, попробуем разобраться.

Что такое фазы сна

Уже много столетий исследователи занимаются изучением физиологии сна. В прошлом веке ученым удалось записать биоэлектрические колебания, возникающие в коре головного мозга во время засыпания. Они узнали, что это циклический процесс, имеющий разные фазы, сменяющие друг друга. Снимается электроэнцефалограмма с помощью специальных датчиков, закрепленных на голове у человека. Когда испытуемый спит, приборы сначала записывают медленные колебания, которые впоследствии становятся частыми, затем снова замедляются: происходит смена фаз сновидения: быстрой и медленной.

Быстрая фаза

Циклы сна следуют один за другим. Во время ночного отдыха быстрая фаза следует за медленной. В это время повышаются ритмы сердцебиения и температура тела, глазные яблоки двигаются резко и быстро, дыхание становится частым. Мозг работает очень активно, поэтому человек видит множество сновидений. Фаза быстрого сна активизирует работу всех внутренних органов, расслабляет мышцы. Если человека разбудить, то он сможет в деталях рассказать сновидение, ведь в этот период мозгом происходит переработка информации, полученной за день, возникает обмен между подсознанием и сознанием.

Медленная фаза

Колебания на электроэнцефалограмме медленного ритма делятся на 3 стадии:

Дремота. Замедляется дыхание и другие реакции, сознание уплывает, появляются разные образы, но человек еще реагирует на окружающую действительность. В этой стадии часто приходят решения задач, появляются озарения, идеи.
Неглубокий сон. Происходит отключение сознания. Сердечный ритм и температура тела снижаются. В этот период сновидящего легко разбудить.
Глубокий сон. На этой стадии человека разбудить сложно. В организме происходит активная выработка гормона роста, регулируется работа внутренних органов, происходит регенерация тканей. На этой стадии у человека могут возникать кошмары.

Последовательность фаз сна

У здорового взрослого человека стадии сновидения проходят всегда в одинаковой последовательности: 1 медленная фаза (дремота), затем 2,3 и 4, затем обратный порядок, 4, 3 и 2, а потом быстрый сон. Все вместе они образуют один цикл, повторяющийся 4-5 раз за одну ночь. Продолжительность двух этапов сновидения может меняться. В первом цикле фаза глубокого сна очень короткая, а на последней стадии ее вообще может не быть. На последовательность и длительность этапов может оказывать влияние эмоциональный фактор.

Глубокий сон

В отличие от сна быстрого, глубокая фаза имеет более длительную продолжительность. Ее еще называют ортодоксальной или медленноволновой. Ученые предполагают, что это состояние отвечает за восстановление энергозатрат и укрепление функций защиты организма. Исследования показали, что начало фазы медленных волн разделяет мозг на активные и пассивные участки.

При отсутствии сновидения отключаются области, отвечающие за сознательные действия, восприятие, мышление. Хотя во время глубокой фазы сердечный ритм и мозговая активность снижаются, замедляется катаболизм, однако память прокручивает уже изученные действия, о чем свидетельствуют внешние признаки:

подергивания конечностей;
особый порядок дыхания;
воспроизведение разных звуков.

Длительность

У каждого человека индивидуальная норма дельта-сна (глубокой фазы). Некоторым людям хватает 4 часа отдыха, а другим нужно 10, чтобы чувствовать себя нормально. У взрослого человека глубокая фаза занимает от 75 до 80% всего времени сна. С наступлением старости эта продолжительность уменьшается. Чем меньше дельта-сон, тем быстрее происходит старение организма. Чтобы повысить его длительность, необходимо:

составить более эффективный график бодрствования/отдыха;
перед ночным отдыхом за пару часов давать организму физическую нагрузку;
не пить кофе, алкоголя, энергетиков, не курить и не переедать незадолго до окончания бодрствования;
спать в проветренном помещении при отсутствии света и посторонних звуков.

Стадии

Структура сна в глубокой фазе неоднородна и состоит из четырех non-rem фаз:

В первый эпизод происходит запоминание и осмысление сложностей, которые были в течение дня. На стадии дремоты мозг ищет решение задач, возникших во время бодрствования.
Вторую фазу называют еще «сонные веретена». Движения мышц, дыхание и сердечный ритм замедляются. Активность мозга плавно затухает, но могут быть краткие моменты особой остроты слуха.
Дельта-сон, при котором происходит смена поверхностной стадии на очень глубокую. Длится всего 10-15 минут.
Сильный глубокий дельта-сон. Считается самым значимым, поскольку на протяжении всего периода мозг реконструирует способность работать. Четвертую фазу отличает то, что спящего человека разбудить очень сложно.

Быстрый сон

БГД (быстрое движение глаз) - фаза или от английского rem-сон отличается усиленной работой мозговых полушарий. Самое большое различие – стремительное вращение глазных яблок. Другие характеристики быстрой фазы:

непрерывное движение органов зрительной системы;
яркие сновидения броско разрисованы, наполнены движением;
самостоятельное пробуждение благоприятное, дает хорошее самочувствие, энергию;
температура тела растет из-за энергичного метаболизма и сильного прилива крови.

Длительность

После засыпания человек большую часть времени проводит в медленной фазе, а быстрый сон длится от 5 до 10 минут. Под утро соотношение стадий меняется. Периоды БГД становятся длиннее, а глубокого – короче, после чего человек просыпается. Быстрая стадия гораздо важнее, поэтому если прервать ее искусственным путем, то это неблагоприятно скажется на эмоциональном состоянии. Человека на протяжении дня будет преследовать сонливость.

Стадии

Быстрая фаза, которую еще называют парадоксальным сном, является пятой стадией сновидения. Хотя человек находится в полной неподвижности из-за полного отсутствия мышечной активности, состояние напоминает бодрствование. Глазные яблоки под сомкнутыми веками периодически совершают быстрые движения. Из 4 стадии медленного сна человек возвращается во вторую, после чего наступает БДГ-фаза, которая заканчивает цикл.

Ценность сна по часам – таблица

Сколько человеку нужно спать – точно сказать невозможно. Данный показатель зависит от индивидуальных особенностей, возраста, нарушения сна и режима дня. Младенцу для восстановления организма может понадобиться 10 часов, а школьнику – 7. Средняя продолжительность сна, по мнению специалистов, варьируется от 8 до 10 часов. Когда у человека правильно чередуется быстрый и медленный сон, то даже за короткий период восстанавливается каждая клеточка в организме. Оптимальным временем для отдыха является период до полуночи. Рассмотрим эффективность сна по часам в таблице:

Начало сна	Ценность отдыха

Лучшее время для пробуждения

Если обратиться к таблице ценности сновидения, то можно увидеть, что меньше пользы для отдыха приносит время с 4 до 6 утра. Этот период лучший для пробуждения. В это время солнышко встает, организм наполнен энергией, ум максимально чистый и ясный. Если постоянно просыпаться вместе с рассветом, то усталость и болезни будут не страшны, а успеть сделать за день можно намного больше, чем после позднего подъема.

В какую фазу лучше просыпаться

Физиология сна такова, что человеку важны все стадии отдыха. Желательно, чтобы за ночь прошло 4-5 полных цикла по 1,5-2 часа. Лучшее время для подъема у каждого человека свое. К примеру, совам лучше просыпаться с 8 до 10 утра, а жаворонки встают в 5-6 часов. Что касается стадии сновидения, то и здесь все неоднозначно. С позиции структуры и классификации фаз лучшее время для пробуждения – те пара-тройка минут, которые приходятся на окончание одного цикла и начало другого.

Как проснуться в фазу быстрого сна

Поскольку циклы повторяются, а продолжительность медленной фазы увеличивается до 70% ночного отдыха, для пробуждения желательно поймать конец БДГ-стадии. Рассчитать это время сложно, но чтобы облегчить себе жизнь, желательно найти мотивацию вставать утром пораньше. Для этого нужно научиться сразу после пробуждения не валяться в кровати без дела, а проводить дыхательную гимнастику. Она насытит мозг кислородом, активизирует обмен веществ, даст заряд положительной энергии на весь день.

Как рассчитать фазы сна

Самостоятельный расчет сложен. В интернете можно найти калькуляторы циркадных ритмов, но у этого способа тоже есть недостаток. Данное новшество основывается на средних показателях, не учитывает индивидуальные особенности организма. Самый надежный метод расчета – обратиться в специализированные центры и лаборатории, где медики, подключив приборы к голове, определят точные данные по сигналам и колебаниям головного мозга.

Самостоятельно рассчитать стадии сна человека можно примерно так. Продолжительность (средняя) медленной стадии – 120 минут, а быстрой – 20 минут. С момента, когда вы ложитесь спать, отсчитайте 3-4 таких периода и ставьте будильник так, чтобы время подъема попало на заданный промежуток времени. Если вы ложитесь в начале ночи, например, в 22:00, то смело планируйте проснуться в период с 04:40 до 05:00. Если для вас это слишком рано, то следующая стадия для правильного подъема будет находиться во временном промежутке с 07:00 до 07:20.

Видео

Быстрый сон (REM-сон) представляет собой уникальную фазу сна млекопитающих, характеризующуюся случайным движением глаз, низким мышечным тонусом по всему телу и способностью спящего видеть сны. Данная фаза также известна как парадоксальный сон (PS) и в некоторых случаях как десинхронизированный сон по причине физиологического сходства с состоянием бодрствования, включающего быстрые, низковольтные и десинхронизированные мозговые волны. Электрическая и химическая активность, регулирующая данную фазу, происходит из ствола головного мозга и характеризуется более заметным избытком нейротрансмиттера ацетилхолина в сочетании с практически полным отсутствием моноаминовых нейротрансмиттеров гистамина, серотонина и норэпинефрина. Быстрый сон физиологически отличается от других фаз сна, которые в целом носят название глубокий сон (NREMS, синхронизированный сон). Быстрый и глубокий сон чередуются в течение одного цикла сна, который длится около 90 минут у взрослых людей. Так как циклы сна возобновляются, они сменяются в направлении более высокой доли быстрого сна. Переход к быстрому сну связан с заметными физическими изменениями, начиная с электрических импульсов, называемых понто-геникуло-окципитальными волнами, которые происходят из ствола головного мозга. У организмов в фазе быстрого сна приостанавливается центральный гомеостаз, допуская большие колебания в дыхании, терморегуляции и циркуляции, которые не наблюдаются во всех других фазах сна или пробуждения. Тело резко теряет мышечный тонус, вступая в состояние, известное как атония быстрого сна. Быстрые движения глаз и их связь со сновидениями были установлены Натаниелем Клейтманом и его студентом Евгением Азерински в 1953 г. и позднее описаны исследователями, включая Уильяма Демента и Мишеля Жуве. Множество экспериментов включало пробуждение субъектов, когда они начинали впадать в фазу быстрого сна, таким образом, испытывая состояние, известное как депривация быстрого сна. Субъектам позволялось спать в обычном порядке, допуская незначительное восстановление быстрого сна. Техники нейрохирургии, инъекции химических веществ, электроэнцефалография, позитронно-эмиссионная томография и, разумеется, отчеты спящих после пробуждения использовались для изучения этой фазы сна.

Физиология

Электрическая активность головного мозга

Быстрый сон называется «парадоксальным» в связи с его сходством с пробуждением. Хотя тело парализовано, головной мозг действует в некоторой степени как в состоянии бодрствования. Электроэнцефалография во время быстрого сна обычно показывает быстрые, десинхронизированные, низкоамплитудные «мозговые волны» (нейронные колебания), которые отличаются от медленных δ (дельта) волн глубокого сна, но имеют сходства с паттернами, наблюдаемыми во время бодрствования. Важной составляющей этих волн является θ (фета) ритм в гиппокампе. Кора демонстрирует 40–60 Гц гамма-волны, как при пробуждении. Кортикальные и таламические нейроны в мозге при бодрствовании или в фазе парадоксального сна более деполяризованы, т.е. могут «возбуждаться» более быстро, чем в мозге в фазе глубокого сна. Правое и левое полушария мозга более согласованы в стадии быстрого сна, особенно во время осознанных сновидений. Быстрый сон перемежается PGO (понто-геникуло-окципитальными) волнами, импульсами электрической активности, происходящими из ствола головного мозга. Эти волны наблюдаются в кластерах примерно каждые 6 секунд в течение 1–2 минут во время перехода от глубокого сна к парадоксальному. Они демонстрируют максимальную амплитуду после смещения в зрительную кору и вызывают «быстрые движения глаз» в парадоксальной фазе сна. Энергия головного мозга, использующаяся в фазе быстрого сна, как определено обменом кислорода и глюкозы, равна или превышает количество энергии, используемое при пробуждении. Скорость в глубоком сне на 11–40% ниже.

Химические вещества головного мозга

По сравнению с медленноволновым сном, и бодрствование, и фаза парадоксального сна включают повышенное использование нейротрансмиттера ацетилхолина, который может вызывать более быстрые мозговые волны. Моноаминовые нейротрансмиттеры норэпинефрин, серотонин и гистамин полностью недоступны. Инъекции ингибиторов ацетилхолинэстеразы, которые эффективно повышают доступность ацетилхолина, вызывают парадоксальный сон у людей и других животных даже в фазе медленноволнового сна. Карбахол, который подражает действию ацетилхолина на нейроны, обладает аналогичным влиянием. У пробуждающихся людей те же инъекции вызывают парадоксальный сон, только если моноаминовые нейротрансмиттеры уже израсходованы. Два других нейротрансмиттера, орексин и гамма-аминобутановая кислота (GABA), способствуют бодрствованию, ослабляют глубокий сон и ингибируют парадоксальный сон. В отличие от резких переходов электрических паттернов, химические изменения в головном мозге демонстрируют непрерывные периодические колебания.

Роль ствола головного мозга

Нейронная активность во время быстрого сна наблюдается в стволе головного мозга, в особенности в понтинной покрышке и голубом пятне. Согласно гипотезе активации-синтеза, предложенной Робертом МакКарли и Алланом Гобсоном в 1975–1977 гг., контроль на протяжении фазы быстрого сна включает пути «REM-включающих» и «REM-выключающих» нейронов в стволе головного мозга. REM-включающие нейроны преимущественно холинергические (т.е. включает ацетилхолин); REM-выключающие нейроны активируют серотонин и норадреналин, которые, помимо других функций, подавляют REM-включающие нейроны. МакКарли и Гобсон свидетельствуют, что REM-включающие нейроны фактически стимулируют REM-выключающие нейроны, таким образом, обеспечивая механизм циклического повторения быстрого и глубокого сна. Они использовали уравнения Лотка-Вольтерра для описания данной циклической обратной зависимости. Каюза Сакаи и Мишель Жуве выдвинули аналогичную модель в 1981 г. В то время как ацетилхолин проявляется в коре в равной степени во время бодрствования и фазы быстрого сна, он наблюдается в более высоких концентрациях в стволе головного мозга во время фазы быстрого сна. Выведение орексина и GABA могут привести к отсутствию других возбудительных нейротрансмиттеров. Исследование в 1990-х, использовавшее позитронно-эмиссионную томографию, подтвердило роль ствола головного мозга. Оно также свидетельствует, что, в пределах переднего мозга, лимбическая и паралимбическая системы, обычно связанные с эмоциями, в большей степени демонстрируют активацию, чем другие области. Области мозга, активированные во время быстрого сна, практически противоположны тем, которые активируются во время глубокого сна.

Движения глаз

Большая часть движений глаз при “быстром” сне фактически менее быстрая, чем обычно наблюдается у бодрствующих людей. Они также короче по продолжительности и более вероятно возвращаются к исходной точке. Около семи таких возвращений наблюдается в течение одной минуты быстрого сна. В то время как в медленноволновом сне глаза могут расходиться, глаза у спящего в фазе парадоксальной фазе сна двигаются совместно. Эти движения глаз следуют за понто-геникуло-окципитальными волнами, происходящими из ствола головного мозга. Движения глаз сами по себе могут иметь отношение к зрительному чувству, испытываемому во сне, но непосредственная связь должна быть точно установлена. Наблюдалось, что у слепых от рождения людей, которые обычно не имеют зрительных образов в сновидениях, во время быстрого сна глаза все же двигаются.

Циркуляция, дыхание и терморегуляция

В общих словах, организм приостанавливает гомеостаз во время фазы парадоксального сна. Частота сердечных сокращений, сердечное давление, минутный сердечный выброс, артериальное давление и частота дыхания быстро становятся нерегулярными, когда организм вступает в фазу быстрого сна. В целом, дыхательные рефлексы, такие как реакция на гипоксию, ослаблены. В общем, головной мозг в меньшей степени контролирует дыхание; электрическое стимулирование связанных с дыханием регионов мозга не оказывает влияния на легкие, как во время глубокого сна или при бодрствовании. Колебания частоты сердечных сокращений и артериального давления стремятся совпадать с PGO-волнами и быстрыми движениями глаз, подергиваниями или внезапными изменениями дыхания. Эрекция пениса (ночная эрекция или NPT) обычно сопутствует фазе быстрого сна у крыс и людей. Если мужчина страдает эректильной дисфункцией (ED) во время бодрствования, но демонстрирует эпизоды ночной эрекции во время фазы быстрого сна, это свидетельствует, что эректильная дисфункция имеет скорее психологическую причину, чем физиологическую. У женщин эрекция клитора (ночная клиторальная эрекция или NCT) вызывает сопутствующее увеличение вагинального кровотока и транссудации (т.е. выделения смазки). На протяжении нормальных ночей сна пенис и клитор могут находиться в состоянии эрекции от одного часа до трех часов и половины продолжительности фазы быстрого сна. Температура тела недостаточно регулируется во время быстрого сна и, таким образом, организмы становятся более чувствительными к температурам за пределами их термонейтральной зоны. Кошки и другие мелкие покрытые мехом млекопитающие вибрируют и дышат быстрее для регулирования температуры во время глубокого сна, но не быстрого сна. За счет потери мышечного тонуса животные теряют способность регулировать температуру за счет движения тела. (Тем не менее, даже кошки с понтинными повреждениями, препятствующими мышечной атонии во время быстрого сна, не регулируют температуру посредством вибрирования.) Нейроны, которые обычно активируются в ответ на холодные температуры-запускающиеся для нейронной терморегуляции-не активируются во время фазы быстрого сна, так как делают это во время глубокого сна и бодрствования. Следовательно, горячие или холодные температуры окружающей среды могут снижать долю быстрого сна, а также общее количество сна. Другими словами, если организм находится в конце фазы глубокого сна, и показатели температуры выходят за пределы определенного диапазона, он не вступит в фазу быстрого сна во избежание дерегуляции, позволяя температуре медленно меняться в отношении желаемого значения. Данный механизм может быть «обманут» искусственным нагреванием головного мозга.

Мышцы

Атония быстрого сна, практически полный паралич тела, достигается посредством ингибирования двигательных нейронов. Когда организм вступает в фазу быстрого сна, двигательные нейроны по всему организму подвергаются гиперполяризации: их негативный трансмембранный потенциал снижается на дополнительные 2–10 милливольта, таким образом, растет предел, который должен превышать стимул для их активации. Мышечное ингибирование может быть результатом недоступности моноаминовых нейропередатчиков, избытка ацетилхолина в стволе головного мозга и, возможно, механизмов, использующихся для мышечного ингибирования при бодрствовании. Продолговатый мозг, расположенный между варолиевым мостом и остистым отростком, обладает способностью распространяющегося на многие организмы мышечного ингибирования. Могут наблюдаться некоторые локализованные мышечные сокращения и рефлексы. Отсутствие атонии быстрого сна вызывает нарушение поведения во время быстрого сна, страдающие от которого осуществляют физические действия во время сновидений. (Альтернативное объяснение заключается в том, что спящий «действует во сне»: мышечный импульс предшествует мысленному представлению. Данное объяснение также может распространяться на обычных спящих, у которых сигналы к мышцам подавлены.) (Следует заметить, что обычный лунатизм наблюдается во время медленноволнового сна.) Нарколепсия, в отличие от этого, включает чрезмерную и нежелательную атонию быстрого сна-т.е. катаплексию и избыточную дневную сонливость во время бодрствования, гипнагогические галлюцинации перед вступлением в фазу медленноволнового сна или сонный паралич во время бодрствования. Другие психиатрические расстройства включают депрессию, которая связана с непропорциональной фазой быстрого сна. Пациенты с потенциальными нарушениями сна обычно диагностируются посредством полисомнограммы. Повреждения варолиевого моста, предотвращающие атонию быстрого сна, вызывают «нарушение поведения во время быстрого сна» у животных.

Психология

Сновидение

Фаза быстрого сна со времени ее открытия тесно связывалась со сновидениями. Пробуждение спящих во время фазы быстрого сна представляет собой распространенный экспериментальный метод получения отчетов о снах; 80% нейротипичных людей сообщают об определенном типе сновидений в данных условиях. Спящие, разбуженные во время фазы быстрого сна, стремятся дать более долгие повествовательные описания сновидений, которые они пережили, и оценить сновидения по продолжительности как более длительные. Об осознанных сновидениях сообщается наиболее часто в фазе быстрого сна. (Фактически они должны приниматься во внимание как гибридное состояние, объединяющее существенные элементы быстрого сна и осознанность бодрствования.) Мыслительные процессы, которые происходят во время быстрого сна, наиболее часто имеют отличительные признаки сновидений, включая повествовательную структуру, осознанность (экспериментальное сходство с жизнью наяву) и объединение инстинктивных мотивов. Гобсон и МакКарли предположили, что PGO-волны, характерные для “фазического” быстрого сна, могут обеспечивать зрительную кору и передний мозг электрическим возбуждением, которое усиливает галлюцинаторные аспекты сновидения. Тем не менее, люди, разбуженные во время сна, не сообщают о значительно более причудливых сновидениях во время фазического быстрого сна по сравнению с тоническим быстрым сном. Другая возможная связь между двумя феноменами может заключаться в том, что более высокий предел прекращения чувствительности во время фазы быстрого сна позволяет мозгу в дальнейшем передвигаться вдоль нереалистичных и специфических цепочек мыслей. Некоторые сновидения могут наблюдаться во время фазы глубокого сна. “Чутко спящие” могут наблюдать сновидения во время стадии 2 глубокого сна, в то время как “крепко спящие”, после пробуждения на данной стадии, скорее всего, сообщат о “мышлении”, а не “сновидении”. Определенные научные усилия определить уникальную аномальную природу сновидений, предпринятые во время сна, были вынуждены сделать вывод, что мышление наяву может быть не в меньшей степени причудливым, особенно в условиях снижения чувствительности. По причине сновидений во время глубокого сна, некоторые исследователи сна категорически отвергают важность связи сновидений с фазой быстрого сна. Перспектива того, что хорошо известные неврологические аспекты быстрого сна сами по себе не являются причиной сновидений, свидетельствует о необходимости переоценки нейробиологии сновидения по существу. Некоторые исследователи парадоксального сна старой гвардии (Демент, Гобсон, Жуве), тем не менее, противятся идее об отсутствии связи сновидений с фазой быстрого сна.

Творческие способности

После пробуждения из фазы быстрого сна сознание “гиперассоциативно”-более восприимчиво к семантическому инструктированию. Люди, пробуждающиеся из фазы быстрого сна, лучше выполняют такие задания, как анаграммы и решение творческих проблем. Сон способствует процессу, посредством которого творческие способности преобразуют ассоциативные элементы в новые комбинации, которые практичны и отвечают определенным требованиям. Это происходит скорее в фазе быстрого сна, чем в фазе глубокого. Вряд ли это связано с процессами памяти, но приписывается изменениям во время фазы быстрого сна в холинергическом и норадренергическом нейромодулировании. Высокие уровни ацетилхолина в гиппокампе подавляют обратную связь гиппокампа с неокортексом, в то время как более низкие уровни ацетилхолина и норэпинефрина в неокортексе стимулируют неконтролируемое усиление ассоциативной активности в неокортикальных регионах. Это противоположно осознанности бодрствования, где высокие уровни норэпинефрина и ацетилхолина ингибируют повторяющиеся соединения в неокортексе. Фаза быстрого сна посредством данного процесса усиливает творческие способности, позволяя «неокортикальным структурам реорганизовывать ассоциативные иерархии, в которых информация из гиппокампа заново интерпретируется относительно предыдущих семантических представлений или узлов.»

Продолжительность

В цикле сна продолжительностью менее 20 часов организма чередуются фазы глубокого сна (медленные, большие, синхронизированные мозговые волны) и парадоксального сна (быстрые, десинхронизированные волны). Сон наблюдается в тесной связи с большим циркадным ритмом, который оказывает влияние на сонливость и физиологические факторы, основываясь на внутренних часах организма. Сон может распределяться в течение всего дня или кластерами на протяжении одной части ритма: у ночных животных в течение дня и у дневных животных ночью. Организм возвращается к гомеостатической регуляции практически сразу же после окончания фазы быстрого сна. Во время ночного сна обычно наблюдается около четырех или пяти периодов быстрого сна; они достаточно короткие в начале сна и более долгие ближе к концу. Многие животные и некоторые люди склонны просыпаться или демонтируют период очень чуткого сна в течение короткого времени непосредственно после периода быстрого сна. Сравнительное количество быстрого сна в значительной степени меняется с возрастом. Новорожденный ребенок проводит более 80% общего времени сна в фазе быстрого сна. Во время фазы быстрого сна активность нейронов мозга достаточно сходна с активностью во время бодрствования; по этой причине фаза быстрого сна называется парадоксальным сном. Быстрый сон обычно занимает 20–25% общего времени сна у взрослых людей: около 90–120 минут ночного сна. Первый эпизод быстрого сна наблюдается по прошествии примерно70 минут после погружения в сон. Циклы имеют продолжительность около 90 минут, при этом каждый цикл включает большей частью быстрый сон. Новорожденные проводят больше времени в фазе быстрого сна, чем взрослые. Доля быстрого сна затем значительно снижается в детстве. Взрослые люди в целом склонны спать меньше, но фаза быстрого сна занимает примерно то же время, и вследствие этого быстрый сон занимает большую часть времени сна. Быстрый сон может быть разделен на тонический и фазический режимы. Тонический быстрый сон характеризуется фета-ритмами в головном мозге; фазический быстрый сон характеризуется PGO-волнами и фактическими “быстрыми” движениями глаз. Обработка внешнего стимула значительно ингибируется во время фазического быстрого сна, и недавние факты свидетельствуют, что спящие сложнее пробуждаются от фазического быстрого сна, чем от медленноволнового.

Действие депривации быстрого сна

Депривация быстрого сна значительно повышает число попыток впасть в фазу быстрого сна в спящем состоянии. В восстановительные ночи субъект впадает в стадию 3 и фазу быстрого сна более быстро и демонстрирует восстановление быстрого сна, что направлено к значительному повышению времени, затрачиваемого на быстрый сон, по сравнению с нормальными уровнями. Данные открытия согласуются с идеей, что быстрый сон биологически необходим. После завершения депривации могут развиться легкие психологические нарушения, такие как тревожность, раздражительность, галлюцинации и неспособность концентрироваться, а также может снизиться аппетит. Существуют также положительные последствия депривации быстрого сна. Некоторые симптомы депрессии подавляются депривацией быстрого сна; агрессия и пищевое поведение могут усилиться. Высокий уровень норадреналина выступает возможной причинной таких результатов. Насколько длительная депривация быстрого сна оказывает психологическое действие, остается предметом споров. Некоторые отчеты свидетельствуют, что депривация быстрого сна усиливает агрессивное и сексуальное поведение у лабораторных животных. Было доказано, что кратковременная депривация быстрого сна может облегчить определенные типы депрессии, когда депрессия связана с дисбалансом определенных нейротрансмиттеров. Хотя депривация сна в целом досаждает большей части населения, она неоднократно продемонстрировала облегчение депрессии, хотя и временное. Более половины субъектов, которые продемонстрировали такое облегчение, сообщают, что она становилась неэффективной после сна на следующую ночь. Таким образом, исследовали разрабатывают такие методы как изменение режима сна на некоторый период времени после периода депривации быстрого сна и объединение изменений режима сна с фармакотерапией для пролонгации действия. Предположительно большая часть антидепрессантов выборочно ингибирует быстрый сон в связи с их действием на моноамины, данное действие ослабляется после долгосрочного использования. Депривация сна стимулирует гиппокампальный нейрогенез в большей степени, чем данные антидепрессанты, но обусловлено ли это действие фазой быстрого сна, точно не известно. Исследования депривации быстрого сна на животных значительно отличаются от человеческих исследований. Существует доказательство, что депривация быстрого сна у животных имеет более серьезные последствия, чем у людей. Это может быть вызвано тем, что продолжительность времени депривации сна у животных значительно большая (до семидесяти дней), или что различные используемые протоколы более некомфортны и неприятны, чем протоколы для людей. Метод “цветочного горшка” включает расположение лабораторных животных над водой на платформе, настолько маленькой, что они падают с нее как только теряют мышечный тонус. Естественное неприятное пробуждение, результаты которого могут вызвать изменения организма, которые обязательно превосходят простое отсутствие фазы сна. Другой метод включает компьютерное наблюдение мозговых волн, завершаемое автоматической механической тряской клетки, когда животное впадает в фазу быстрого сна. Факты свидетельствуют, что депривация быстрого сна у крыс нарушает изучение нового материала, но не оказывает влияния на имеющуюся память. В одном исследовании крысы не научились избегать болезненный стимул после депривации быстрого сна, что могли сделать до депривации. Отсутствие нарушений научения было выявлено у людей, перенесших одну ночь депривации быстрого сна. Депривация быстрого сна у крыс вызывает повышение числа попыток впасть в фазу быстрого сна, а после депривации быстрый сон восстанавливается. У крыс, также как и кошек, депривация быстрого сна повышает возбудимость мозга (например, электрическая амплификация сенсорных сигналов), что снижает порог для пароксизмов при бодрствовании. Данное повышение возбудимости головного мозга аналогично у людей. Одно исследование также обнаружило снижение сенсорной возбудимости заднего мозга. Задний мозг в целом менее восприимчив к информации афферентного пути, поскольку восприимчив к повышению амплификации данных путей.

Быстрый сон у животных

Быстрый сон наблюдается у всех наземных млекопитающих, а также у птиц. Количество быстрого сна и время цикла варьируется среди животных; хищники испытывают большее удовольствие от быстрого сна, чем жертвы. Более крупные животные также стремятся находиться в фазе быстрого сна больше времени, возможно по причине того, что более высокая тепловая инерция их головного мозга и организма позволяет им переносить более долгую приостановку терморегуляции. Период (полный цикл быстрого и глубокого сна) длится около 90 минут у людей, 22 минуты у кошек и 12 минут у крыс. В утробе млекопитающие проводят более чем половину (50–80%) суток в фазе быстрого сна.

Гипотезы касательно функций быстрого сна

В то время как функция быстрого сна недостаточно понята, предлагается несколько теорий.

Память

Сон в целом способствует памяти. Быстрый сон может способствовать сохранению определенных типов памяти: в особенности процедурной, пространственной и эмоциональной памяти. Быстрый сон повышает последующие интенсивное научение у крыс, в особенности по прошествии нескольких часов, а в некоторых случаях по прошествии нескольких ночей. Экспериментальная депривация быстрого сна в некоторых случаях ингибирует консолидацию памяти, особенно в отношении сложных процессов (например, как выйти из сложного лабиринта). У людей наилучшее доказательство в отношении улучшения быстрым сном памяти заключается изучении процедур-новые способы движения тела (такое как перепрыгивание трамплина) и новые техники решения проблемы. Депривация быстрого сна нарушает вербальную (т.е. непроцедурную) память только в более сложных случаях, таких как запоминание долгих историй. Быстрый сон явно противодействует попыткам подавить определенные мысли. Согласно гипотезе двойственного процесса сна и памяти, две основные фазы сна соотносятся с различными типами памяти. “Полуночные” исследования протестировали данную гипотезу посредством задач на память, которые начинались либо перед сном, либо в средине ночи, либо начинались в середине ночи и оценивались утром. Медленноволновой сон, часть глубокого сна, важен для вербальной памяти. Искусственное увеличение глубокого сна улучшает восстановление из памяти на следующий день запомненных пар слов. Такер и др. показали, что дневной легкий сон, включающий только глубокий сон, усиливает вербальную память, но не процедурную. Согласно следующей гипотезе два типа сна взаимодействуют с целью консолидации памяти. Ингибиторы моноаминоксидазы (MAO) и трициклические антидепрессанты могут подавлять быстрый сон, но при этом отсутствуют свидетельства, что данные препараты вызывают нарушение памяти. Некоторые исследования показывают, что ингибиторы моноаминоксидазы улучшают память. Боле того, одно предметное исследование субъекта, который обладал непродолжительным или отсутствующим быстрым сном в связи с осколочным повреждением ствола головного мозга, не обнаружило, что его память была нарушена. (для более подробной критики связи между сном и памятью см. ссылку)) Имеющие непосредственное отношение к обзорам относительно функции быстрого сна в консолидации памяти, Грэм Митчисон и Фрэнсис Крик предположили в 1983 г., что за счет свойственной спонтанной деятельности функция быстрого сна «заключается в том, чтобы устранить определенные нежелательные режимы взаимодействия в сети клеток в коре головного мозга», процесс, который они определили как «разучение». В результате те воспоминания, которые актуальны (лежащий в основе которых нейронный субстрат достаточно силен для того, чтобы противостоять такой самопроизвольной, хаотической активации), в дальнейшем укрепляются, в то же время слабые, временные, «фоновые» воспоминания уничтожаются. Консолидация памяти во время парадоксального сна специфически взаимосвязана с периодами быстрого движения глаз, которое не происходит непрерывно. Одно объяснение данной взаимосвязи заключается в том, что электрические PGO-волны, которые предшествуют движениям глаз, также оказывают влияние на память. Быстрый сон может обеспечивать возможность для возникновения “разучения” в основных нейронных сетях, вовлеченных в гомеостаз, которые защищены от данного “синаптического даунскейлинга” во время глубокого сна.

Развитие стимулирования центральной нервной системы в качестве основной функции

Согласно другой теории, известной как Онтогенетическая гипотеза быстрого сна, данная фаза сна (также известная как активный сон у новорожденных) отчасти важна для развития мозга, возможно за счет того, что она обеспечивает нейронное стимулирование, которое необходимо новорожденным для образования зрелых нервных связей и для надлежащего развития нервной системы. Исследования, изучавшие действие депривации активного сна, показали, что депривация в ранние периоды жизни может привести к поведенческим проблемам, устойчивому нарушению сна, снижению массы головного мозга и аномальному масштабу клеточной смерти нейронов. В дальнейшем данную теорию поддержал факт, что количество быстрого сна у людей снижается возрастом, что также распространяется на другие виды (смотри ниже). Один важный теоретический вывод из Онтогенетической гипотезы заключается в том, что быстрый сон может не обладать жизненно важной функцией в отношении зрелого мозга, т.е. когда развитие центральной нервной системы завершено. Тем не менее, поскольку процессы нейронной пластичности не ограничиваются мозгом, быстрый сон может быть непрерывно вовлечен в нейрогенез у взрослых в качестве источника поддерживающего самопроизвольного стимулирования.

Защитная иммобилизация: предшественник сновидений

Согласно Цукаласу (2012 г.), быстрый сон представляет собой эволюционное преобразование хорошо известного защитного механизма, рефлекса притворной смерти. Данный рефлекс, также известный как животный гипноз или симулирование смерти, действует как последний способ защиты от атакующего хищника и заключается в общей иммобилизации животного таким образом, что оно кажется мертвым. Цукалас аргументирует, что нейрофизиология и феноменология данной реакции демонстрирует поразительные сходства с фазой быстрого сна; например, обе реакции контролируются стволом головного мозга, характеризуются параличом, симпатической активацией изменениями терморегуляции.

Переключение внимания

Согласно «гипотезе сканирования», непосредственные свойства быстрого сна связаны с переключением внимания в образах сновидения. Против этой гипотезы выступает то, что такие быстрые движения глаз наблюдаются у тех, кто родился слепым, а также у зародышей, несмотря на отсутствие зрения. Кроме того, бинокулярный быстрый сон несогласован (т.е. оба глаза могут не находится в одном направлении время от времени) и, таким образом, отсутствует точка фиксации. В поддержку данной теории исследователи обнаружили, что в целенаправленных сновидениях движение глаз направлено за действием в сновидении, что определено взаимосвязью движений глаз и тела у пациентов с нарушением поведения во время быстрого сна, который совершают действия из сновидений.

Другие теории

Другие теории свидетельствуют, что требуется отключение моноамина таким образом, что моноаминовые рецепторы в головном мозге могут восстанавливаться до достижения полной чувствительности. Более того, если быстрый сон периодически прерывается, человек компенсирует это более долгим быстрым сном, «восстановительным сном», при первой возможности. Некоторые исследователи приводят аргументы, что сохранение сложных мозговых процессов, таких как быстрый сон, свидетельствует, что они выполняют важную функцию для выживания млекопитающих и птиц. Он удовлетворяет важные физиологические потребности, жизненно важные для выживания в такой степени, что длительная депривация быстрого сна ведет к смерти экспериментальных животных. И у людей, и у экспериментальных животных утрата быстрого сна ведет к тяжелым поведенческим и физиологическим патологическим отклонениям. Утрата быстрого сна отмечалась при различных естественных и экспериментальных инфекциях. Выживаемость экспериментальных животных снижается, когда быстрый сон полностью ослаблен во время инфекций; это ведет к возможности того, что качество и количество быстрого сна в целом важно для нормальной физиологии организма. Защитная гипотеза быстрого сна была предложена Фредериком Снайдером в 1966 г. Она основана на наблюдениях, что за фазой быстрого сна у нескольких млекопитающих (крыса, еж, кролик и макака-резус) следует короткое пробуждение. Это не наблюдается у кошек и людей, хотя люди более легко могут пробуждаться от быстрого сна, чем от глубокого. Снайдер выдвинул гипотезу, что быстрый сон периодически активирует животных в целях проверки окружающей среды на возможных хищников. Эта гипотеза не объясняет мышечный паралич быстрого сна; тем не менее, логический анализ может показывать, что мышечный паралич проявляется с целью предотвращения полного пробуждения животного без необходимости, позволяя с легкостью погрузиться в глубокий сон. Джим Хорн, исследователь сна в университете Лафборо, свидетельствует, что быстрый сон у современных людей компенсирует сниженную потребность в пробуждении с целью поиска пищи. Другие теории заключаются в смазывании роговицы, нагревании головного мозга, стимуляции и стабилизации нейронных цепей, которые не были активированы во время бодрствования, развитии внутреннего стимулирования, способствующего развитию ЦНС, или в отсутствии целей, как будто бы он случайно создавался активацией головного мозга.

Открытие и дальнейшие исследования

Немецкий ученый Ричард Клу в 1937 г. Впервые открыл период быстрой электрической активности головного мозга кошек. В 1944 г. Оглмейер сообщил о 90-минутных циклах сна, демонстрирующих эрекцию у мужчин на протяжении 25 минут. В Университете Чикаго в 1952 г. Евгений Азерински, Натаниель Клейтман и Уильям К. Демент открыли фазы быстрого движения глаз во время сна и связали их со сновидениями. Их статья была опубликована 10 сентября 1953 г. Уильям Демент провел исследование депривации быстрого сна, эксперименты, в которых субъектов будили каждый раз, когда электроэнцефалограмма свидетельствовала о наступлении фазы быстрого сна. Он опубликовал статью «Действие депривации сна» в июне 1960 г. («депривация быстрого сна» стала более распространенным понятием в результате последующих исследований, показавших возможность глубокого сна.) Нейрохирургические эксперименты Мишеля Жуве и других в последующие два десятилетия привнесли понятие атонии и доказательство важности понтинной покрышки (дорсолатеральный варолиевый мост) в запуске и регулировании парадоксального сна. Жуве и другие обнаружили, что нарушение ретикулярной формации ствола головного мозга ингибирует данный тип сна. Жуве придумал название “парадоксальный сон” в 1959 г. и в 1962 г. опубликовал результаты, свидетельствующие, что он может наблюдаться у кошек при полном удалении переднего мозга.

Сон - необычное состояние организма, которое иногда сравнивают со смертью. На самом деле у них мало общего. В отличие от полной гибели организма, отдых, напротив, способствует долгой жизни. Он обновляет все системы, помогает восстановить физические, моральные силы.

При этом сон не является чем-то однородным по структуре. Существуют разные фазы, каждая из которых выполняет конкретную функцию и длится вполне определенное количество времени. Все знают, что глубокий сон полезен. Но когда он наступает, как влияет на организм - об этом известно лишь немногим.

Функции сна

Бодрствуя, люди и животные тратят много энергии. Сон — один из механизмов саморегуляции организма, помогающим эту энергию восстанавливать. Главные его функции таковы:

отдых нервной системы;
восстановление физических сил;
«перезагрузка» мозга (ночью перерабатывается, систематизируется и сохраняется полученная за день информация);
очищение организма от токсических веществ (недаром больным людям врачи рекомендуют больше спать);
восстановление иммунитета;
обновление клеток;
возможность с пользой для тела переждать период темноты.

Продолжительный глубокий сон помогает улучшить память, сжечь лишний жир, побороть стрессы и болезни.

Чем функционально отличаются фазы глубокого и быстрого сна

Во время различных фаз в мозге по-разному обрабатывается информация. Быстрый и медленный сон помогают запоминать произошедшие события, планировать свое будущее, но каждый по-своему.

Фаза медленного сна «включает» ресурсы памяти. Когда человек погружается в глубокий сон (он же медленный), вся полученная за день информация начинает систематизироваться и «раскладываться по полочкам». Эта фаза улучшает запоминание, логическое мышление.

Фаза быстрого сна - настоящая «мастерская» будущего. С ее помощью мозг моделирует возможные варианты развития ожидаемых событий. Недаром говорят, что приснился «вещий» сон. Сам по себе он, конечно, не вещий. Просто в период быстрого сна у человека появились модели будущего, одну из которых он, проснувшись, реализовал. Все это происходит на подсознательном или на интуитивном уровне. Однако этими двумя фазами отдых человека не ограничивается. Он имеет более сложную структуру.

Фазы и стадии

Различают 4 главные стадии сна:

Засыпание.
Медленный сон.
Быстрый.
Пробуждение.

Каждая фаза характеризуется определенной длительностью и сопутствующими только ей физиологическими процессами.

Засыпание

1-я фаза - засыпание. Пока человек погружается в сон, у него снижается чувствительность сенсорных систем и частота сердечных сокращений, постепенно «отключается» сознание. Даже железы начинают работать менее активно. Это можно заметить по жжению глаз, сухости слизистой рта. Приближение фазы засыпания легко определить по навязчивой зевоте.

Такие ощущения часто замечают у себя полуночники, допоздна засидевшиеся за чтением или просмотром телевизора. Если все описанные признаки налицо, пора дать организму отдохнуть. Фаза засыпания - самая короткая. Обычно она длится около 10 минут. Затем начинается медленный сон, разделяющийся, в свою очередь, на несколько стадий.

Что такое медленный сон

Медленным называют отдых, при котором активность мозга остается в низкоамплитудном диапазоне. Ученые фиксируют это при помощи ЭЭГ (электроэнцефалограммы).

Все фазы сна человека по времени занимают разную продолжительность. Если на засыпание достаточно 10 минут, то для фазы медленного сна требуется от 80 минут до 1,5 часа. Длительность зависит от индивидуальных особенностей физиологии человека, а также от его режима отдыха. В отличие от быстрого сна фаза медленного делится на несколько стадий.

Стадии

Медленно-волновой (он же медленный) сон имеет самую сложную структуру. Он делится на такие 3 фазы (или цикла):

Фаза легкого сна

Она наступает сразу же после засыпания и длится около половины времени медленного. На этой стадии мышцы человека полностью расслабляются, дыхание становится спокойным, глубоким. Немного понижается температура тела, замедляется сердечный ритм. Мозг полностью переходит в режим отдыха.

ЭЭГ фиксирует в это время сонные веретена. Так ученые назвали тета-волны, складывающиеся в сигма-ритм (12-14-20 Гц). Подобная работа мозга свидетельствует о полном отключении сознания.

Глаза в это время у человека не двигаются. Он полностью расслаблен, но спит пока не очень глубоко. Во время легкого сна человека легко разбудить. Громкие звуки или физическое воздействие способны вернуть его в состояние бодрствования.

Фаза медленного сна

В это время мозговая активность выражается в производстве дельта-волн, частота которых равна 2 Гц. Это самый спокойный и медленный режим.

По длительности занимает около получаса. В этой фазе медленного сна у человека иногда возникают сновидения.

Фаза глубокого сна

В это время человек спит глубоко и крепко. В ЭЭГ преобладают колебания дельта-волн с частотой 2 Гц. Медленную и глубокую фазы часто объединяют под общим названием дельта-волновой сон. Длительность фазы глубокого сна занимает приблизительного 15% времени всего ночного отдыха.

Продолжительность и особенности фазы глубокого отдыха давно и пристально изучаются специалистами. Было обнаружено, что в это время мозг активно продуцирует сны (около 80% всех видений, которые посещают человека за ночь). Сновидения являются в виде приятных образов или кошмаров. Большинство из них человек, проснувшись, забывает.

Несмотря на то что стадия глубокого сна занимает не так много времени, она оказывает сильное влияние на организм. К примеру, у маленьких детей, страдающих энурезом, в это время может произойти У лиц, склонных к лунатизму, именно в этой стадии могут случаться приступы этой болезни.

Стадия быстрого сна

Эта фаза была открыта не так давно (в 1953 году) и до сих пор всестороннее изучается. Было установлено, что состояние быстрого отдыха следует сразу после глубокого и по длительности занимает около 10-15 минут.

Фаза быстрого сна - время, когда мозговая активность выражается в производстве волн, близких по частоте к бета-волнам. Колебания мозговой активности в этот период очень интенсивные, быстрые. Отсюда и название - «быстрый». Также этот период в научной литературе называют фазой БДГ, или REM-сна.

Человек, пребывающий в такой стадии, полностью неподвижен. Его мышечный тонус резко падает, зато мозговая активность приближена к состоянию бодрствования. Глазные яблоки двигаются под прикрытыми веками.

Связь между яркими, запоминающимися сновидениями и этой фазой наиболее четкая. Пребывая в ней, человек видит наиболее красочные образы и сюжеты. Если инициировать пробуждение во время быстрой фазы сна, в 90% случаев человек сможет пересказать свои видения.

На вопрос, сколько длится данная фаза сна, ученые не могут дать четкого ответа. Ее длительность приблизительно равна 20-25% всего времени ночного отдыха. Фаза быстрого, как и медленного сна, имеет циклическую структуру. По характеру мозговой активности циклы схожи, а вот по продолжительности различаются.

Первый цикл наступает приблизительно через 1,5 часа после засыпания. Время следующего немного увеличивается и так далее. Под утро длительность последней фазы REM-сна может достигать нескольких десятков минут. При этом человек спит неглубоко, пока, наконец, не проснется окончательно.

Ближе к утру в организме наблюдается активизация всех систем. Начинает активнее работать гормональная система. У мужчин возникает эрекция пениса, у женщин - клитора. Меняется частота дыхания и сердечных сокращений. Попеременно сменяют друг друга подъемы и падения артериального давления.

Пробуждение в разных фазах и циклах отдыха

Общее здоровье и самочувствие человека напрямую зависят от качества и продолжительности ночного отдыха, имеющего неоднородную структуру. За ночь человеческому мозгу необходимо пройти описанные этапы. Только при таком условии организм полностью восстановится.

Причем все фазы одинаково важны. Медленный, быстрый, глубокий сон - все они выполняют важные функции. Узнав, что такое глубокий сон человека, ученые установили, что он необходим для нормальной умственной деятельности и сохранения навыков, полученных на протяжении дня. Быстрый регулирует энергетические ресурсы. Его отсутствие может привести к гибели организма.

В фазе глубокого сна просыпаться тяжелее всего. К пробуждению не готовы ни тело, ни сознание. В мозге в это время происходят сложные нейрохимические процессы, которые лучше не прерывать. Зная, что такое глубокий сон человека, легко понять его значение для сохранности нервной системы.

А вот во время легкого просыпаться достаточно просто. В это время тело готово к бодрствованию, и все мозговые стабилизирующие процессы завершены. Тем не менее хроническая нехватка быстрого сна очень плохо сказывается на здоровье, поэтому врачи советуют хорошо высыпаться.

Сколько нужно спать

Оптимальная продолжительность ночного отдыха у каждого человека сугубо индивидуальна. Одним для полного восстановления достаточно 7 часов, другим и 10 мало. И все же есть нормы для каждой возрастной группы. С их помощью легко определить, достаточно ли человек спит:

Младенцы в материнской утробе и новорожденные отдыхают по 17 часов. И это нормально. За время отдыха растет и развивается их мозг и тело.
У малышей 3-11 месяцев сон постепенно сокращается до 12-15 часов.
Чуть меньше спят дошкольники (10-13 часов).
Подросткам необходим 8-10-часовой ночной отдых. Молодым людям 17-18 лет - 7-9-часовой.
Приблизительно столько же положено спать взрослым (7-9 часов).
Отдых пенсионеров обычно сокращается на 1-2 часа, и это тоже нормально.

Время засыпания и ценность сна

От того, когда человек идет спать, зависит качество отдыха. Врачи советуют ложиться спать пораньше, и это неспроста. Укладываясь в постель в 20:00, человек обеспечивает себе полноценный 7-часовой отдых и очень глубокий сон с качественным восстановлением всех функций организма.

Тому, кто отправляется в спальню после 22:00, «светит» около 4 часов полноценного сна. Совсем плохо обстоит дело у граждан, привыкших укладываться в кровать ближе к рассвету. Если уснуть в 3:00, то в столь позднее время фаза глубокого сна продлится не более 15 минут.

Ценность сна человека, всю ночь проведшего на ногах и «прикорнувшего» лишь под утро, равна одной минуте. Естественно, при таком режиме ни физические, ни интеллектуальные возможности не восстановятся. Если жить в подобном режиме долго, можно заметить у себя проблемы с памятью и концентрацией, постоянную усталость и рассеянность.

В целом каждому необходимо пройти все фазы по часам от 21:00-22:00 до рассвета. Только в этом случае человек будет здоров и полон сил. Недосыпающие граждане страдают не только от хронической усталости, но и от массы болезней. Среди них неврозы, гипертония, онкология и пр. Кроме того, существенно сокращает продолжительность жизни.

Каким должен быть глубокий сон

Люди, тысячелетиями жившие без электричества и интернета, ложились спать с закатом солнца. Сейчас это кажется странным. Однако современные граждане не учитывают того факта, что за миллионы лет эволюции человеческий мозг приспособился ориентироваться по движению дневного светила. Для него это естественно.

Меняя этот заданный природой режим, он обрекает себя на болезни и преждевременную старость. Теперь, зная, что такое глубокий сон человека и какова ценность ночного отдыха в разное время, легко понять важность каждой фазы.

Важно откорректировать свой индивидуальный режим. Раннее засыпание и продолжительный ночной сон - это путь к красоте, здоровью и долголетию. Он помогает сжечь лишний жир и восстановить растраченную энергию, улучшает память и подсказывает ответы на вопросы, которые почему-то упорно не хотят решаться днем.

НАТАЛЬЯ ЕРОФЕЕВСКАЯ

Продолжительность и качество сна – критерии, влияющие на многие факторы: настроение, самочувствие, ощущение бодрости. Готовясь к новому дню, мы стараемся лечь пораньше, но утром просыпаемся разбитыми и вялыми. В другой же день, наоборот, после непродолжительного сна, просыпаемся самостоятельно, чувствуем бодрость и силы. Почему так происходит и как научиться высыпаться ? Чтобы ответить на эти вопросы, разберем фазы быстрого и медленного сна человека по времени и их характеристики.

Открытия ученых

Сегодня сон – понятное физиологическое состояние. Но так было не всегда. Долгое время ученые не могли отследить, какие изменения происходят с человеком во время отдыха. Тема была закрытой и сложной для изучения. В XIX веке оценивали позу человека, измеряли артериальное давление и температуру, снимали другие показатели. Для детального изучения, спящих будили и фиксировали изменения.

Рука выключает будильник рано утром

Первые попытки вмешательства в сон дали результаты. Ученые установили, что сон проходит различающиеся по продолжительности стадии быстрого и глубокого сна человека, и их значение велико, поскольку сказывается на всех показателях организма. Немецкий физиолог Кёльшюттер установил, что глубокий сон приходится на первые часы отдыха, а затем он переходит в поверхностный.

После открытия электрических волн, ученые сняли полную картину, происходящего со спящим. Электроэнцефалограмма помогала понять происходящее с человеком во время отдыха. При этом испытуемого не приходилось будить. Благодаря новым технологиям стало известно, что сон проходит 2 фазы: медленного и быстрого сна .

Стадии медленного сна

Ортодоксальный сон делится на этапы. Стадии отличаются между собой продолжительностью и глубиной отдыха. Рассмотрим стадии медленного сна:

Первая . Наступает после того, как человек закрывает глаза. Называют первый этап дремотой. Человек еще не погружается в сон, мозг находится в активной стадии. В течение 10–15 мин. отдыхающий обрабатывает информацию, которая произошла за день. В этот период находятся решения на мучившие человека вопросы.
Вторая . На этом этапе возникают «сонные веретена». Они протекают с периодичностью в 3–5 мин. Во время их прохождения полностью отключается сознание. В перерывах между «сонными веретенами» человек чувствителен к происходящему вокруг. Он слышит голоса или звуки. Такая особенность дает возможность маме услышать плач ребенка ночью. Если спящего назвать по имени, то он сразу же проснется. Физиологические изменения сводятся к снижению мышечной активности, замедлению пульса.

Во время второй медленной фазы сна человек слышит звуки

Третья . Стадия дельта-сна или переходная. Сохраняются «сонные веретена», становятся более продолжительными. К ним добавляются дельта-колебания. Третий этап называют подготовительным перед глубоким сном.

Четвертая . На данной стадии учащается пульс, происходит повышение давления. Человек впадает в глубокий сон. Сновидения в этот период нечеткие и размытые. Если отдыхающий проснется во время четвертой стадии, то не вспомнит, что ему снилось.

Люди, страдающие лунатизмом или разговаривающие во сне, ничего не помнят наутро. Связано это с тем, что все события происходят в глубокой стадии сна. Даже если прервать хождение лунатика, он не поймет, почему не находится в кровати и как оказался в другой комнате. Именно на этой стадии людям, снятся кошмары.

Продолжительность глубокого сна напрямую зависит от возраста человека и физического состояния его организма. Например, длительность фазы детского глубокого сна составляет 20 минут, но качество сна совсем иное, чем у большинства взрослых: он значительно крепче, дети могут не реагировать на внешние раздражители (звук, свет, касание). Таким образом, даже самые маленькие восстанавливают энергию, «перезагружают» системы организма, заряжают иммунную систему.

Сколько длится фаза глубокого сна? Фаза глубокого сна, продолжительность которой варьируется в зависимости от конкретной стадии, в целом составляет полтора-два часа. Из них на дремоту «выделяется» 5-10 минут, на вторую стадию (замедление дыхания и сердечного ритма) – 20 минут, на третью и четвертую фазы – по 30-45 минут.

Девушка сладко спит, обняв подушку

Особенности быстрого сна

По завершении глубокого наступает быстрый сон. Открыл пятую стадию Клейтман в 1955 году. Зафиксированные показатели дали понять, что показатели организма в период быстрого сна у человека схожи с состоянием бодрствования. Фаза быстрого сна сопровождается :

постоянным движением глазных яблок;
существенным снижением мышечного тонуса;
эмоционально окрашенными и насыщенными действиями сновидениями;
полной обездвиженностью человека.

Сколько длится фаза быстрого сна? В общей сложности поверхностный сон составляет 20-25% среднего времени ночного отдыха, т. е. полтора-два часа. Одна такая фаза длится всего 10-20 минут. Самые яркие и запоминающиеся сны приходят на стадию быстрого сна. Если человека разбудит во время этого периода, то он полностью расскажет, что ему приснилось.

Малыш спит

Зачем нужны фазы сна?

Самочувствие человека неразрывно связано с отдыхом, сном. Недаром . В первые месяцы жизни маленький человечек имеет крепкую связь с природой и подчиняется ее законам. Во взрослом возрасте, мы принимаем решение, сколько спать. Зачастую неверное, поэтому нарушается психическое, эмоциональное состояние человека – именно поэтому важно знать периодичность быстрой и глубокой стадии в ночном сне и уметь рассчитать этапы сна для времени пробуждения.

Ученые проводили расчет фаз сна и после ряда исследований пришли к выводу, что за ночь проходит 4–5 циклов . За этот период происходит восстановление человека. Во время медленного сна пополняется энергия, затрачиваемая в течение дня. Быстрый сон на первых циклах короткий, затем удлиняется. Во время пятой фазы человек перерабатывает информацию и выстраивает психологическую защиту, адаптируется к окружающей среде. Зная, как рассчитать цикл сна, возможно научиться регулированию энергоспособности организма и его жизнедеятельности в целом.

Исследования, проведенные над крысами, показали, что отсутствие быстрого сна ведет к погибели . Грызунов намеренно будили, не давая крысам вступить в пятую стадию. Со временем животные утратили способность засыпать, после чего погибали. Если спящего лишить быстрой фазы, то человек станет эмоционально нестабилен, склонен к раздражению, смене настроения, плаксивости.

Девушка спит с рукой на будильнике

Как рассчитать фазы сна, чтобы знать, когда лучше просыпаться?

Возьмем за основу, что один цикл длится в течение 90 мин. Для полноценного отдыха требуется длительный быстрый сон. Следовательно, за ночь должно пройти от 4 циклов. Пробуждение во время медленного сна делает человека разбитым и вялым. Значит, надо рассчитать, как проснуться в фазу быстрого сна : пятая фаза характеризуется активной работой мозга, поэтому пробуждение происходит мягко и безболезненно.

Подводим итог. Для бодрого самочувствия по утрам важна продолжительность сна и пробуждение после завершения пятой фазы. Для взрослого человека идеальное время для сна составляет 7,5–8 ч. Лучший вариант – это самостоятельное пробуждение , без сигнала будильника или телефона.

Если в течение дня чувствуете слабость и желание вздремнуть, то позвольте такую роскошь. Чтобы не навредил, фиксируйте время отдыха. Если ночью вы проспали достаточно времени, то закройте глаза на 15–20 мин. Столько длится первая стадия медленного сна. Заснуть вы не успеете, но ощутите, что усталость снята. Если ночной сон был непродолжительный, то пройдите один цикл днем. Поспите в течение 1–1,5 ч.

Заключение

Приведенные данные приблизительные, но суть ясна. Для нормальной жизнедеятельности человеческого организма необходим фазовый сон. Важно просыпаться после прохождения 4–5 циклов . Идеально, когда пробуждение самостоятельное. Дневной сон не навредит, если не допустить вхождения второй фазы либо следует проходить один полный цикл.

20 января 2014