Почему мы спим. Вопрос учёному: Почему мы спим? Что происходит в голове во время сна

Путешествие науки в глубины сонного царства установило, что на протяжении ночи происходит ряд интересных и закономерных изменений характера сна, отнюдь не ограничивающихся наличием медленной и быстрой форм его.

С одной стороны, выявлено несколько стадий медленного сна, при которых по-разному выглядит электроэнцефалограмма. Первая стадия - дремотное состояние, поверхностный ; электрическая активность мозга напоминает картину спокойного бодрствования - с альфа-волнами обычной частоты - порядка 10 Гц. Вторая стадия характеризуется появлением так называемых сонных веретен альфа-ритма - групп альфа-волн с закономерно повышающейся и понижающейся амплитудой. Третья и четвертая стадии - это господство медленных дельта-волн; в третьей стадии дельта-сон имеет среднюю глубину, а в четвертой наиболее глубок. Стадии эти обычно идут друг за другом от первой к четвертой с нарастающим углублением сна.

С другой стороны, оказалось, что на протяжении ночи имеются 4-6 циклов сонного состояния, продолжительностью около 1,5 часа. Каждый цикл включает вереницу из 4 стадий медленного сна и завершается быстрым сном, наиболее глубокой формой сонного состояния. Затем глубина сна резко падает, и происходит переход к новому циклу либо к пробуждению. Поскольку просыпаемся мы чаще всего именно в этот переходный момент, по окончании периода быстрого сна, мы и помним свои сновидения.

Значит, сон - это как бы колесо с 5 спицами (стадиями медленного и быстрого сна), и колесо это несколько раз - обычно от 4 до 6, т. е. в среднем тоже 5, - оборачивается на протяжении ночи. Длительность фаз может меняться, в среднем альфа-сон занимает около половины времени (12 % дремота и 38% стадия сонных веретен), дельта-сон - четверть (третья стадия 12 %, четвертая 14 %), быстрый сон тоже четверть. К утру периоды быстрого сна обычно удлиняются, в целом длительность их колеблется от 10 до 40 минут, а всего на протяжении ночи быстрый сон царит около 100 минут.

Почему мы спим ночью? Суточный ритм смены бодрствования и сна подчиняется условиям нашей жизни. Природой запрограммирована в принципе лишь необходимость такого чередования, но продолжительность господства десинхронизирующих и синхронизирующих механизмов зависит от конкретных обстоятельств, она не запрограммирована раз и навсегда. Опыты с длительным пребыванием человека в глубоких пещерах показали, что при отсутствии смены дня и ночи сутки могут удлиняться до 36 и даже 48 часов с соответствующим удлинением периодов сонного и бодрственного состояния.

Наличие в мозгу активно функционирующих зон обычно не позволяет нам спать днем. Зон этих три.

Во-первых, это лобно-теменные центры, управляющие нашими мышцами. Пока мы находимся в активном состоянии, данная зона не позволяет механизмам сна включаться и действовать. Однако так бывает лишь в обычных условиях. Если человек не спал несколько ночей, потребность в сне настолько усиливается, что заснуть можно даже на ногах. Из военной практики известен не только сон часового на посту и кавалериста в седле, но и сон солдата на марше - шагает и видит сны.

Во-вторых, возбужденная зона, мешающая нам спать днем, - это центры, связанные с органами чувств: зрительные (затылочные), слуховые (височные) и т. д. Они являются важным противовесом сну. Был известен больной, у которого из всех органов чувств работающими остались только одно ухо и небольшой участок кожи на руке. Стоило закрыть ему ухо ватным шариком и надеть на руку толстую варежку - он погружался в сон на несколько часов.

В-третьих, спать днем мешают лобные центры, ведающие сложной умственной деятельностью. Даже ночью переживания, размышления могут не дать сомкнуть глаз до утра.

Из сказанного становится ясно, почему мы засыпаем, ложась вечером в постель. Все три зоны успокаиваются. Мы расслабляем мышцы - успокаиваются лобные-теменные центры. Мы выключаем телевизор, свет, радио, говорим окружающим людям: «Доброй ночи» или «Отстань!» (смотря по обстоятельствам) - прекращается возбуждение зон, связанных с органами чувств. Наконец, мы откладываем до следующего дня наши думы и тревоги. Теперь центр сна получает право включаться в работу, и мы засыпаем.

Имеются еще некоторые моменты, содействующие засыпанию.

С одной стороны, всем знакомо усыпляющее действие ровного, однообразного раздражителя, будь то монотонный шум дождя, мерный стук колес или монотонный голос лектора.

Сигналы, адресующиеся в одну и ту же точку мозга, вызывают соответствующих нервных клеток. Последнее в силу определенных корково-подкорковых взаимоотношений приводит к активации механизмов, ведающих развитием состояния сна.

С другой стороны, снотворным действием обладают связанные с отходом ко сну обстоятельства: привычная комната, постель, время. По закону они навевают сон. Достаточно мощным фактором этого рода является тепло постели. Оно представляет собой и ровное, однообразное раздражение обширной кожной поверхности, и привычный сигнал, предваряющий отход ко сну. Данный фактор является, таким образом, раздражителем и безусловно, и условнорефлекторным.

Привычные факторы настолько важны, что иногда помогают заснуть даже там, где сами по себе они должны были бы мешать погружению в сон. Один наш известный пианист рассказывал, что когда он и его брат заканчивали консерваторию, они играли допоздна. Поселившийся в той же квартире новый сосед стал к ним стучаться и просить о прекращении шума. Юноши пришли к нему, стали уговаривать, рассказали о своем нелегком положении - через месяц экзамен, у них всего один рояль. Человек оказался добрым, согласился потерпеть. Еще месяц юноши музицировали до 2-3 часов ночи. Наконец наступил День экзамена. Они успешно выдержали его, пришли домой, закрыли инструмент и рано легли спать. Однако покой их был нарушен. В час пополуночи раздался стук в дверь. Вошел сосед: «Что же вы не играете? Я теперь без вашей музыки заснуть не могу!»

Люди, жалующиеся на плохой сон, как правило, отмечают, что в новой обстановке им заснуть труднее. Бывает, пересидишь привычный час отхода ко сну - спать хочется, а заснуть трудно.

На это занятие мы тратим около трети своей жизни. Если нас этого лишить, мы заболеем. Но мы до сих пор не знаем хорошенько, зачем надо спать.

На первый взгляд, ответ очевиден: чтобы мозг и другие органы могли отдохнуть и восстановиться. Но почему мы не можем отдохнуть, оставаясь в сознании и продолжая быть начеку? Почему мы не можем восстановить силы, бодрствуя? Загадка...

Например, некоторые летучие мыши спят 20 часов в сутки, а крупные травоядные млекопитающие - менее четырёх. Лошадям и вовсе достаточно вздремнуть стоя в течение нескольких минут, которые за сутки складываются примерно в три часа. Некоторые новорожденные дельфины и киты бодрствуют вместе с матерями на протяжении всего первого месяца.

Короче, обнаружить единую, универсальную функцию сна так и не удалось. «Физиологические изменения во время сна сильно варьируются у разных видов, - отмечает Маркос Фрэнк из Пенсильванского университета (США). - Но у всех сон отражается на работе мозга». Поэтому большинство исследователей сосредоточились на этом органе. Наиболее очевидным признаком сна признана, условно говоря, потеря «сознания» (или сокращение «сознательности» у некоторых животных). И недостаток сна приводит к когнитивному кризису не только у людей, но и у крыс, плодовых мушек и почти у всех остальных изученных видов.

Основную часть сна занимает медленноволновая фаза, известная как третья стадия, или стадия глубокого сна (см. диаграмму). Её свойственны характерные волны электрической активности мозга, вызванные синхронизированной активацией нейронов, которая происходит примерно раз в секунду. С ней смешиваются другие этапы - фаза быстрого движения глаз, когда деятельность мозга напоминает бодрствование, и переходы между ними.

Функции сна можно разделить на две большие группы: одни связаны с «ремонтом» и «обслуживанием» мозга, а другие - с выполнением мозгом уникальных для сна задач.

Сто лет назад считалось, что в период бодрствования в нас вырабатывается некий токсин, накоплению которого мы в конце концов не можем сопротивляться и засыпаем, чтобы дать возможность мозгу очиститься. Такое вещество не было обнаружено, и современный вариант той же гипотезы гласит: днём происходит постепенное снижение поставок больших молекул, необходимых для работы мозга, в том числе белков, РНК и холестерина. Запасы пополняются как раз во время сна. В экспериментах с животными выяснилось, что производство таких молекул увеличивается во время медленноволновой фазы сна. Однако, по словам скептиков, это лишь корреляция и нельзя говорить о том, что наше желание спать зависит от уровня этих молекул.

Вторая группа тоже имеет давнюю историю. Ещё Зигмунд Фрейд предположил, что все сновидения посвящены исполнению заветных желаний (часто замаскированному), но в науке эта гипотеза не нашла подтверждения. Однако есть веские причины считать, что во время сна мозг всё же выполняет одну очень важную и уникальную функцию: он занимается консолидацией памяти. Воспоминания не высекаются в камне в момент события. Поначалу они хранятся в своего рода ОЗУ, и лишь потом то, что по каким-то причинам показалось важным, отправляется в ПЗУ.

Эксперименты и на животных, и на людях показывают, что самые сильные воспоминания формируются, когда моменты запоминания и вспоминания разделяет сон. Например, в ходе одного из опытов электроды, размещённые в крысиных мозгах, показали, что во время сна небольшие группы нейронов воспроизводят тот режим деятельности, который впервые был зарегистрирован, когда крысы бодрствовали и учились.

С 2003 года набирает силу новая гипотеза, объединяющая оба объяснения. В центре её внимания - синапсы, с помощью которых общаются нейроны. Известно, что при формировании воспоминаний синапсы участвующих в этом процессе нейронов становятся сильнее. Основная мысль заключается в том, что в состоянии бодрствования мы постоянно создаём новые воспоминания и, следовательно, укрепляем синапсы. Но этот процесс не может продолжаться бесконечно: в какой-то момент был бы достигнут максимума энергетической эффективности и новые воспоминания перестали бы формироваться. Решением этой проблемы становится фаза медленноволнового сна: при отсутствии входящего потока данных медленно «стреляющие» нейроны постепенно снижают силу синапсов по всем направлениям, сохраняя при этом относительную разницу в силе между синапсами и позволяя новым воспоминаниям сохраниться (см. диаграмму ниже).

Несмотря на большое внимание, которое в последние годы получила эта гипотеза, она ещё не успела завоевать сердца всех и каждого. Например, нейробиолог Джерри Сигел из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) придерживается мнения о том, что сон - это просто адаптивный способ сэкономить энергию, не занимаясь кормлением и размножением. Животное находит укромное место, прячется в нём и бережёт себя для будущего. А различия в образе сна между видами - следствие различий в образе жизни.

Но большинство всё же склоняется к тому, что функция сна столь же сложна, сколь сложен мозг. Наверное, лаконичный ответ на вопрос о том, почему мы спим, едва ли удастся получить.

Подготовлено по материалам NewScientist.

Сна. Что происходит, когда мы спим? Почему люди спят?
Если предположить, что средняя продолжительность жизни человека составляет 67 лет, то в состоянии сна, он проведет 208 тысяч часов и это немного больше 20 лет в спящем состоянии - 33% всей жизни. Это при условии, что вы будете спать, 8 часов в сутки. Эти цифры приблизительны, но даже учитывая все неточности они впечатляют.
1/3 своей жизни мы жертвуем на сон, и для этого должны быть веские причины? Зачем люди столько спят, и что произойдет, если (теоретически) мы откажемся от сна...

Что происходит, когда мы спим?

Существует всего 5 стадий сна. Что же происходит на каждом этапе:

Сон, как описано вначале, составляет значительную часть нашей жизни. Если вы посмотрите на изображение выше, вы можете увидеть циклы, через который проходит человек во время сна. В среднем человек завершает три цикла сна в одну ночь. Все зависит от состояния вашего собственного тела, количество циклов может варьироваться от одного до четырех или пяти.
Прежде чем объяснить, что происходит на каждом этапе, стоит, объяснить, как происходит процесс тестирования сна. Наблюдая за электрическими импульсами в головном мозге, можно определить, на какой стадии, находится человек во время сна. Пять различных этапов провоцируют различные мозговые волны. Важно понимать эти мозговые волны для того чтобы оценить, что происходит на каждом из этапов.

Рассмотрим следующую диаграмму:

Теперь подробнее:

Этап 0 – сонливость
Очень часто этот этап не включают в диаграммы. Это этап, когда человек все полностью осознает, но чувствует сонливость.

Этап 1 – очень легкий сон (дремота) - состояние человека находящегося в плену Грёз, мечтаний. На этом этапе мысли находятся в блуждающем состоянии. Мозговые волны, состоят главным образом из тета волн, а иногда и альфа волн.

Этап 2 – легкий сон. На этой стадии мозговая активность меняется незначительно. Вершины волны становятся выше и немного больше случайных. Иногда происходят резкие и внезапные всплески активности которые называются (K-комплексы), именно они приводят к возникновению блестящих идей. . На 2 этапе Пульс замедляется и температура тела слегка понижается.

Этап 3 и 4 – это состояния глубокого сна и очень глубокого сна.
Мозговые волны во время этих этапов, намного выше но их частотность намного ниже. В стадии 3 около 25% от мозговых волн - это дельта волны (а остальную часть составляют тета волны). На 4 стадии разбудить кого-то, очень сложно, но если вам все же удастся разбудить несчастного, он будут очень раздражен и недоволен. На этой стадии, кровоток в мозге уменьшается, именно на этом этапе происходит восстановление организма и затраченной человеком энергии в течении дня.

этап 5 REM сон - это время ярких сновидений. На этом этапе тело человека парализовано. Мозговые волны состоят из бета волн, которые также присутствуют когда человек только просыпается. Мозг очень активен. Состояние характеризуется быстрыми движениями глаз, а иногда и мышечными судорогами. Если человек проснется на этом этапе, он с вероятностью в 100% сможет отчетливо рассказать о своих сновидениях.

Почему люди спят?
В психологии, существует ряд теорий относительно того, почему мы спим:
Нам нужно время, чтобы восстановиться и «перезагрузиться» сон это источник энергии.
Исследования показывают, что рост и развития происходит во время сна.
Сон необходим для объединения информации полученной человеком в течении дня. Без сна, мы не способны обрабатывать и запоминать нужное количество информации. Нам нужно спать, чтобы остаться в хорошем настроении. Без сна люди становятся раздражительными и неадекватными.

Что произойдет, если мы не будем спать?
Изучая психологию сна, с помощью крыс, учёными было обнаружено, что нехватка сна фактически может привести к летальному исходу. Но, если за подопытного взять человека, то у него сперва замедлится речь и реакция, после он прекратит реагировать на любые эмоциональные стимулы. Если же человек лишен сна, очень долго, он будут погружён в «микро сон», состояние, при котором мозг отключается на 5-10 секунд, а затем " включается снова ". Это очень опасно, и если у человека, острая нехватка сна, могут начаться галлюцинации. Мозг отчаянно будет пытается войти в состояние сна. В конечном итоге человек может не выжить...

Спите спокойно и приятных вам сновидений!

читайте продолжение.

Мы проводим во сне треть жизни. Наверняка, вопрос о том, зачем нужно спать и проводить львиную долю жизни в пустом времяпрепровождении нет-нет, да и возникает у вас в мыслях.

Во все времена люди пытались д о минимума. История сохранила немало интересных фактов об этом.

Например, Петр I и Наполеон спали по пять часов, а Эдисон всего два. Кант, немецкий философ эпохи Просвещения, экономя время, спал в сутки семь часов. Его слуге каждое утро приходилось прикладывать неимоверные усилия, чтобы разбудить хозяина. Оказывается, маловато было Канту для отдыха семи часов!
С другой стороны, если сон занимает львиную долю в нашей жизни (двадцать из шестидесяти лет, двадцать пять из семидесяти пяти), большую, чем еда, то он более значим и необходим, чем . Добровольное или вынужденное голодание может длиться до полутора месяцев, а без сна человек не выдержит больше недели. Лечебное голодание оздоравливает, а о мало кто слышал. Лишение сна, пусть даже добровольное, ничего кроме упадка сил не приносит (за некоторым исключением).

Мигель де Сервантес в «Дон Кихоте» говорит о , как о бесценной всемирной монете, которая позволяет купить все: пищу и влагу, тепло и прохладу, и сравнивает сон с весами, уравновешивающими императора и пастуха, мудреца и невежду.

Со времен Аристотеля ученые, философы и психологи пытались ответить на вопросы: что такое сон, зачем мы спим, какой потребности он служит?

Психологическая теория.

Георг Лихтенберг (немецкий философ, писатель, профессор физики) еще в XVIII веке высказал гипотезу, что во время сна человек превращается в растение – прерывается деятельность органов, необходимых для функции души, мышления. Мы спим для , в котором предстаем венцом творения.

Врач и психолог Зигмунд Фрейд считал, что люди не в силах долго переносить мир, в который так неохотно явились. Нам жизненно необходим периодический возврат в состояние до своего рождения: темно, тепло и тихо. Некоторым для полного комфорта еще и хочется.

Цель сна – отдых, признак – . Мир словно не овладевает нами полностью, одна треть ему не подвластна, и каждый раз просыпаясь утром, мы как будто рождаемся заново. Психолог считал, что человек спит для отдыха от бодрствования, сознанию необходимо

Но зачем сознанию нужна изоляция? Если тысячелетние инстинкты и неумолимы, то почему нельзя лечь в постель и просто отдохнуть, предаваясь мечтам и размышлениям? Зачем нужно спать, отключая сознание?

Информационная теория.

Память человека состоит из непосредственной и долговременной. Непосредственная память ограничена постоянным объемом, долговременная способна принять любое количество информации на пожизненное хранение. В непосредственную память попадает весь поток повседневной информации. Мозг к концу дня похож на затоваренный склад, где необходимо навести порядок, закрыв на время.

Лучший способ избавиться от умственного пресыщения – сон. Во время сна происходит переработка информации, накопленной за день, ее сортировка, на долговременное хранение. Благодаря этой замечательной функции, у нас в памяти хранятся эпизоды, о которых мы даже не подозреваем, они всплывают в или под воздействием гипноза.

Во сне могут продолжаться размышления над сложившейся ситуацией, проясняется ее видение из-за отсутствия внешних помех. Восстанавливаются , острота внимания и восприятия.

Химическая теория.

В книге «Сон» (1918г) химик Н.И. Остромысленский сравнивает человеческий организм с фабрикой ядов: продуктами собственных органов мы отравлены с головы до ног. Ночью происходит очищение организма от накопленных за день шлаков и ядов, утром отравление от засорения возобновляется.

Сторонники этой теории относили к ядам, так называемые, продукты усталости - легкоокисляющиеся, активно поглощающие кислород, вещества. Когда кислорода для активной жизнедеятельности не хватает, чтобы пополнить его запасы. Продукты усталости во сне не образуются (уставать не от чего), окисляясь и разлагаясь, они выводятся из организма. Вредными веществами считались мышечный креатин, холестерин, мочевые яды Бушара и образующаяся в молочная кислота.

Бытовало мнение, что люди, испытывавшие физические нагрузки, спят крепче из-за избыточной выработки молочной кислоты в мышцах. По этой теории сон – это очистительный отдых в самом буквальном смысле.

Энергетическая теория – во время сна происходит восстановление энергии, которая затрачивает на активное бодрствование.

Каждая из этих и многих других теорий имеет свою долю истины. Назначение сна – отдых, отдых от информационной и физической перегрузки, от рассогласования и накопления ядов. Каждая перегрузка – это часть единой системы рассогласования.

Поэтому правильнее говорить:

во время сна мы отдыхаем от бодрствования, во время бодрствования – от сна.

Сон и бодрствование - два неразрывных дополняющих друг друга состояния нашей жизни.

Мы спим и бодрствуем, чтобы жить.

Прежде, чем думать о на сон, необходимо оценить свое бодрствование: рационально ли распределено время, насколько насыщена и интересна наша жизнь, какие дарования нам следует развить, какую пользу способны принести своим ближним? Достойны ли мы сна праведника, крепкого и ничем не омраченного?

В статье использованы материалы книги А.М. Вейна «Три трети жизни».

Елена Вальве для проекта Сонная кантата

Это интересно:

• можно ставить или нет.

Запускает проект «Вопрос учёному», в рамках которого специалисты будут отвечать на интересные, наивные или практичные вопросы. В новом выпуске доктор биологических наук Владимир Ковальзон объясняет, зачем нам сон.

Почему мы спим?

Владимир Ковальзон

Доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН.

Людям свойственен сон, поскольку это заложено в наших генах. Смысл сна лежит в отдыхе, который наш организм получает в это время. Однако, чем больше мы занимаемся исследованием сна, тем больше открывается тайн, касающихся работы мозга.

Сон - состояние очень сложное. Во время сна мозг не останавливает свою активность. Внутри сна происходят очень важные ритмические 90-минутные циклы. Каждый из этих циклов состоит из постепенного, медленного погружения в более глубокий сон, а затем резкого перехода в фазу сновидений - так называемый быстрый или парадоксальный сон. В окончании фазы быстрого сна цикл либо завершается, и мы просыпаемся, либо начинается новый цикл. Структура мозга человека такова, что в первую половину ночи преобладает глубокий медленноволновый сон, а к утру усиливается быстрая фаза сна. Другими словами, сны снятся под утро. Как предполагают учёные, с быстрым сном связаны многие заболевания. Большинство смертей, инсультов и инфарктов происходят под утро – как раз, когда наступает стадия парадоксального сна.

Большинство смертей, инсультов
и инфарктов происходят под утро – как раз когда наступает стадия парадоксального сна

Если во времена Павлова, в первой половине XX века, считалось, что сон – универсальный лечебный фактор, что он всегда полезен, то сейчас мы знаем, что это далеко не всегда верно. Наоборот, при многих заболеваниях сон бывает и вреден, и опасен. Иногда нужно стараться его сокращать или дробить. Например, при депрессивных заболеваниях сон - это фактор, усиливающий депрессию. Лишения сна - один из способов вывода человека из этого состояния. Этот факт был открыт в сомнологии сравнительно недавно.

Почему такое состояние появилось в процессе эволюции - загадка. Кроме теплокровных животных (млекопитающих и птиц) , ни у кого из живых существ этих форм сна нет. У хладнокровных позвоночных и безпозвоночных период сна монотонный. Однако по ряду признаков форма сна с разными фазами очень древняя. Скорее всего, такая форма сна даёт какое-то преимущество для выживания, поскольку она закрепилась в ходе эволюции. Но в чём заключается это преимущество - до сих пор совершенно непонятно.

Было много опытов с помещением человека в изолированное пространство, в котором круглые сутки поддерживалось монотонное, неяркое освещение. У испытуемого нет часов, и он теряет контроль над освещением. Внутренние ритмы его организма начинают течь свободно, они не запускаются внешними факторами. Такой эксперимент показывает, что наши биологические часы за 24 часа не успевают совершить полный оборот. В ходе эксперимента у тестируемого смещается субъективный ход времени. Тем не менее, желание сна у него остаётся и чередуется через определённые интервалы, поддерживаемые нашими внутренними часами.

Сон далеко не всегда полезен. Наоборот, при многих заболеваниях он бывает
и вреден, и опасен

Каждое утро, когда мы открываем шторы, свет попадает нам на глаза, наши часы перезапускаются, переводятся. Именно поэтому вставать затемно очень вредно. Если человек после такого просыпания садиться за руль, он легко может попасть в аварию. Однако есть люди, которые легко переносят раннее вставание или лишение сна в течение одной ночи. Сейчас генетику людей, которые легко переносят ночные бдения, активно изучают в Америке, чтобы привлекать их к ответственным работам, связанным с общественными дежурствами (медработники, представители спецслужб, операторы, диспетчеры в аэропортах и другие).