Сонячні дні взимку – така рідкість і вам хочеться спати більше, ніж у будь-яку іншу пору року, чи не так? Але чи задумувалися ви, що відбувається у вашому організмі під час сну? Чому ми хочемо спати й навіщо нам сон взагалі? Знайти відповіді намагаються дослідники багатьох біологічних інститутів. Ми зібрали для вас найцікавіші у цій статті.
Життя / Точка зору
12 Січня 2021
4894
В обіймах Морфея: навіщо нам потрібен сон?
Катерина Шпирко
журналістка, редакторка рубрики Події

чому живі організми сплять, навіщо людині сон, про сон, Міжнародного Інституту Інтегративної Медицини Сну, Масасі Янагісава, The Atlantic, зачем живым организмам сон, зачем человеку спать, про сон и сонливость, научные опыты о сне, научные статьи, наукові статті про сон і сонність, сонний тиск, сонное давление,

Чому живі організми сплять? Поставте це запитання будь-якому науковцеві та матимете можливість поспостерігати за тим, як з кожним новим словом відповіді відчуття страху й фрустрації проникатимуть у їхні голоси. У першу чергу, вражає те, наскільки універсальний сон: у розпал постійної війни за виживання, в епохи кровопролиття та вбивств незліченні мільйони живих істот можуть просто вийти з цього активного стану боротьби заради того, щоби побути певний час без свідомості. Якщо так подумати, то сон не дуже сприяє виживанню: у вовків, тигрів, левів та інших хижаків немає правила не їсти тваринок, які заснули. Але якщо така ризикована звичка настільки поширена та стійка, можна припустити, що вона дійсно важлива та має значення. 

У першу чергу, вражає те, наскільки універсальний сон: у розпал постійної війни за виживання, в епохи кровопролиття та вбивств незліченні мільйони живих істот можуть просто вийти з цього активного стану боротьби заради того, щоби побути певний час без свідомості.

Навіть медузі доводиться довше відпочивати, якщо змусити її не спати більше звичайного. Про це свідчить один із експериментів, у якому цих милих прозорих істот періодично підштовхували струменями води, не даючи їм спокійно поспати.

Є у феномені сну щось захопливе. Зокрема тому, що його потребують не лише медузи та люди, але й усі в тваринному цірстві. Але чому? Біологи називають цю потребу «сонним тиском». Після цілого дня активної розумової та фізичної діяльності відчуваєте ввечері сонливість? Звичайно! Оскільки ви були активними цілий день, ви створили сонний тиск! А чим довше не спиш, тим більшим є цей тиск. Але, як і «темна матерія», «сонний тиск» – це лише назва для чогось, природа чого нам і досі незрозуміла. Чим більше часу ви витрачатимете на роздуми про сонний тиск, тим більше це буде нагадуватиме загадкову гру. Що накопичується в живому організмі під час бадьорості і розсіюється під час сну? Чи є всередині кожного живого організму щось на кшталт таймера? Чи це молекули, які  упродовж накопичуються і впродовж ночі повинні розсіюватися? Що таке це метафоричне співвідношення годин, замкнене в якійсь камері мозку, яке чекає кожну ніч, аби бути визволеним? Іншими словами, як запитує Янагісава: Який фізичний субстрат сонливості?

Біологічне дослідження сонного тиску почалося більше століття тому. У найвідомішому експерименті французький вчений тримав собак без сну понад 10 днів. Потім він виводив рідину з мозку цих тварин і вводив його в мозок нормальних, добре виспаних собак. Поки тварин позбавляли сну, у цій рідині з’являлося щось таке, що змушувало інших миттєво засинати. За цим інгредієнтом – маленьким помічником Морфея – було справжнє полювання. Звичайно, особливість цього гіпнотоксину, як його називав французький дослідник, показує, чому тварини стають сонними.

Дослідження виявили, що, попри сон, мозок людини виконує свою постійну, рутинну, роботу. Тому стверджувати, що сон потрібен нашій свідомості для відпочинку – трохи дивно, чи не так?

У першій половині ХХ століття інші науковці почали досліджувати людський мозок під час сну. Використовуючи електроенцефалографи, вони виявили, що, попри сон, мозок людини виконує свою постійну, рутинну, роботу. Тому стверджувати, що сон потрібен нашій свідомості для відпочинку – трохи дивно, чи не так?

Коли ми записуємо електроенцефалограму, то отримуємо загальну картину активності величезної кількості нервових клітин. Під час неспання діяльність мозку нерегулярна, швидка та хаотична, що відображає відповідний малюнок. Але коли людина заплющує очі й засинає, її дихання поглиблюється, і ми спостерігаємо, як на енцефалограмі нерівномірні каракулі перетворюються на красиві довгі хвилі – це розум поринає в повільний сон і послідовно проходить чотири його стадії: дрімоту, поверхневий сон, сон помірної глибини, а коли обмін речовин максимально сповільнився й дихання стало рівним, – глибокий сон. У глибокому сні розбудити людину найважче.

Вважається, що під час швидкої фази сну здійснюється консолідація довготермінової пам’яті та формування спогадів.

Потім, через певний проміжок часу, мозок наче натискає на перемикач і хвилі знову стають дрібними та різкими, а очі починають рухатися швидко-швидко – саме в цей час ми бачимо сни.  Науковці називають цей період швидким сном або ж парадоксальним, оскільки під час цієї фази сну мозкова активність майже така ж, як під час неспання. З огляду на високу активність головного мозку швидкий сон необхідний для дозрівання нервової тканини та правильного формування архітектури головної кори. Так, наприклад, діти надзвичайно багато часу проводять в швидкому сні: чим вони молодші, тим вищим є цей показник.
Крім того, вважається, що під час швидкої фази сну здійснюється консолідація довготермінової пам’яті та формування спогадів. Наприклад, якщо інформація про фази сну для вас нова, то можливо вона ненадовго затримається у вашій короткостроковій пам’яті, а потім ви швидко про неї забудете. Але якщо з якихось причин ваш мозок вирішить, що ця інформація для вас корисна, він опрацює її під час цієї фази та відправить у довготермінову пам’ять. Відповідальною за це є маленька зона в центрі мозку – гіпокамп. Без неї людина не здатна формувати довготермінові спогади та страждає на амнезію.

Вільні нелогічні асоціації, які часто наділяють наші сновидіння абсурдом, можуть допомогти знайти несподіване рішення чи зробити якесь відкриття. 

Свого часу Метью Вілсон з Масачусетського Університету Технологій вивчав вплив парадоксального сну на процеси запам’ятовування та навчання у щурів. Його команда вживила в мозок кожного піддослідного щура датчики, які записували патерни активації нейронів. На першому етапі щури були навчені знаходити їжу у лабіринті. На другому – вивчалась їхня мозкова активність під час сну. Виявилось, що під час обох етапів активувалися однакові нейронні зв’язки. Тобто, входячи у швидку фазу сну, щури починали заново програвати вивчений досвід для кращого засвоєння.
А ще фаза швидкого сну – плідний ґрунт для креативності та пошуку нестандартних рішень. Дослідження показують, що під час фази швидкого сну активізуються слабкі асоціативні ланцюжки, які зазвичай не є достатньо сильними, щоб бути усвідомленими. Саме ці вільні нелогічні асоціації, які часто наділяють наші сновидіння абсурдом, можуть допомогти знайти несподіване рішення чи зробити якесь відкриття. 

Повільний сон і подальший парадоксальний сон формують цикл із періодом близько 1,5 години. Цей цикл повторюється знову й знову – нормальний нічний сон складається з 4-6 таких циклів. Нарешті, прокидаючись наприкінці періоду швидкого сну, розум, окрилений та сповнений піснями, мелодії яких він не може запам’ятати, наш розум готовий до нового дня.

Дослідження показують, що ці періоди залежать від «сонного тиску». Чим довше істота позбавлена сну, тим більшие хвиль повільного сну. Це явище спостерігалося у всіх створінь, яких за роки досліджень учені оснащували електродними покажчиками, включаючи птахів, тюленів, котів, хом’яків та дельфінів.

Якщо вам потрібні додаткові докази того, що сон зі своєю своєрідною багатоступеневою структурою та здатністю наповнювати розум різними нісенітницями – це не якийсь пасивний, енергозберігаючий стан, згадайте про сирійських хом’яків. Ці милі створіннячка зі золотистим хутром часом прокидаються зі спляки… щоби подрімати. Очевидно, під час сплячки, коли всі процеси у їхньому тілі максимально вповільнені, вони все ж відчувають потребу у сні.

Аденозин зменшує процеси збудження в мозку, відповідно заміщення його кофеїном призводить до протилежного ефекту й пробуджує.

Колись дослідники припускали, що під час стану бадьорості в організмі синтезується особлива отруйна речовина – гіпнотоксин, руйнування якого відбувається саме під час сну. Але пошук гіпнотоксину не приніс ніяких результатів. Сьогодні вважається, що немає єдиної речовини чи іншого чинника, що «вмикає» функцію засинання. Натомість існує певний набір речовин, – такий собі сонний оркестр! – які змушують нас засинати. 

Головну роль у всій цій виставі грає вегетативний «штаб» нашого мозку – гіпоталамус, який підтримує обмін речовин і роботу внутрішніх органів. У гіпоталамусі є групи клітин, які виділяють речовини орексин і гістамін – наші головні активатори, які працюють синергійно й відіграють унікальну роль у підтримці нашої свідомості в стані бадьорості. Саме їх і уповільнює центр сну в гіпоталамусі, продукуючи головний гальмівний медіатор нашої нервової системи – гамма-аміномасляну кислоту. Завдякі їй ми стаємо недоступні для зовнішніх сигналів. Інакше кажучи – засипаємо.

Крім того, роботу сонного центру запускають такі накопичені за час неспання речовини, як аденозин. Чим довше ми не спимо, тим вищим стає його концентрація в органзімі, а під час сну його кількість зменшується. Аденозин особливо цікавий, тому що за своєю структурою його молекули схожі до молекул кофеїну, з якими можуть зв’язуватися аденозинові рецептори мозку. Аденозин зменшує процеси збудження в мозку, відповідно заміщення його кофеїном призводить до протилежного ефекту й пробуджує. Втім, унаслідок тривалого вживання кофеїну можливе утворення в клітинах мозку нових аденозинових рецепторів, через що дія кофеїну послаблюється. 

Важливу роль у всьому цьому процесі відіграє і такий гормон, як мелатонін. Йому байдуже, який у вас графік роботи: фермент, який регулює його синтез, працює циклічно, збільшуючи свою активність з настанням темряви. Але цікаво, що відсутність світла в денний час не викликає такого ефекту, і пік вироблення мелатоніну все одно припадає на проміжок з 00:00 до 5:00 – найчастіше десь на 2:00. Тому фахівці рекомендують людям, які вимушені працювати в нічну зміну, якщо є можливість, приблизно з першої до третьої ночі все ж поспати. Відсутність сну в цей час найбільш згубно позначається на стані людини. Надлишок освітлення, зокрема штучного, пригнічує утворення мелатоніну. Особливо підступним є світло від екранів наших улюблених гаджетів: за своїми властивостями воно ближче до сонячного, ніж те, яке випромінює електрична лампочка. У результаті, проводячи дуже багато часу за комп’ютером або з планшетом у вечірні години, ми змінюємо нейрохімію мозку в «денну» сторону. Такий феномен отримав назву «синдром Едісона» – це коли людина регулярно жертвує сном заради споживання інформації, і ця звичка стає хронічною. Багато хронобіологів, науковців, які вивчають біологічні ритми, вважають, що це дуже погано впливає на наше здоров’я. Вони пов’язують більшість сучасних недуг, зокрема порушення обміну речовин, із хронічним недосипанням.

Крім того, функції мелатоніну не обмежуються регулюванням сну. Рецептори цієї речовини виявлені буквально всюди, від гіпоталамуса та інших відділів нервової системи до внутрішніх органів: кишечника, нирок, легенів. Очевидно вплив мелатоніну на багато фізіологічні процеси, а також встановлено його онкостатичну ефект – придушення пухлинного росту.

Сон – це найкращий спосіб «очистити» пам’ять для нашого мозку.

Так, якщо аденозин переводить наш організму від стану бадьорості до сну, то звідки він береться? Як зазначає Майкл Лазарус, дослідник інституту, який вивчає аденозин, цього не знає ніхто. Деякі науковці кажуть, що це відбувається з нейронів, деякі говорять, що це ще один клас клітин головного мозку. Але консенсусу міє дослідниками немає. Іншими словами, самі ці речовини, здається, не зберігають інформацію про сонний тиск.

Сонні речовини можуть виникати під час утворення нових зв’язків між нейронами. Кіара Сіреллі і Джуліо Тононі, дослідники сну в університеті Вісконсіна, вважають, оскільки наш мозок будує ці зв’язки в стані нашої бадьорості, то під час сну він прибирає непотрібні зв’язки, усуває спогади або образи, які не узгоджуються з іншими, або непотрібні з точки зору пізнання світу. Іншим словом, сон – це найкращий спосіб «очистити» пам’ять для нашого мозку.

Існує ще багато невідомого про те, як працює наш організм. Одна група в Цукубському інституті, наприклад, досліджувала, що відбуватиметься з організмом мишей, якщо позбавляти їх певної фази сну. Дослідники змушували мишей прокидатися щоразу, коли ті входили у фазу швидкого сну. Внаслідок цього експерименту  в мишей виявилася нестача цієї фази, яку їм доводилося компенсувати під час наступного сну. 

Втім, якщо з якихось причин вам упродовж тижня не вдається нормально спати, не варто чекати вихідних, аби нарешті виспатися. Адже, намагаючись надолужити всі недоспані ночі за два дні, ви неабияк шкодите власному здоров’ю. І такий хороший, здавалося б, намір може мати чимало поганих наслідків і призводити до нічних переїдань, збільшення ваги чи зниження чутливості до інсуліну (гормону, що контролює рівень цукру в крові).

Як переконує Пол Шоу, нейрофізіолог Вашингтонського Університету в Сент-Луїсі, головна ідея полягає в тому, що ви не можете надолужити недостатню кількість сну, подрімавши на кілька годин довше у вихідні, — від цього вам краще не стане. Так, ще у 1990-х роках вчені дійшли висновку, що недостатня кількість сну може шкодити здоров’ю людини. Зміни, спричинені цим, викликають надмірну вагу або навіть діабет. За даними  центрів контролю та профілактики захворювань США 2014 року майже кожна третя людина спить вночі менше рекомендованих семи годин.
Вихідні ж виглядали, як чудова можливість, аби надолужити всі недоспані ночі. Однак вчені не були впевнені, що цей варіант спрацює. Тож фізіолог сну в Університеті Колорадо Крістофер Депнер і його колеги вирішили провести дослідження.

Команда спостерігала за трьома групами людей, середній вік яких складав 20 років. Протягом двох тижнів кожна з них слідувала встановленому графіку сну. Одна група повинна була спати близько восьми годин щоночі. Інша — всього по п’ять годин. Третій потрібно було спати по п’ять годин вночі в будні дні, але на вихідних — скільки й коли вони того хотіли.
Учасники останньої групи зазвичай не лягали спати до попівночі чи першої години вночі у п’ятницю та суботу. А на ранок прокидалася не раніше 11 години чи обіду. Але ці люди також не лягали допізна у неділю. Через що до початку наступного тижня їм залишалося відпочивати лише близько шести годин. Тож за такі вихідні вони мали всього на 1,1 години більше сну, ніж потребували їхні організми.

Депнер та його команда підсумували, що таким чином третя група учасників мала додаткову кількість сну, але її не було достатньо, щоби надолужити те, що вони не отримали впродовж тижня.
Люди з другої групи цього дослідження, котрі мало спали впродовж всього тижня, в результаті набрали вагу. Так само як і ті, хто відсипався на вихідних. На кінець експерименту всі вони набрали близько 1,5 кілограмів ваги.
Депнер каже, що так трапилося внаслідок того, що недостатня кількість сну заважає нормальній роботі гормонів, які контролюють голод, як-от лептин. Річ у тім, що учасники третьої групи змістили біологічні годинники організму, бо лягали та прокидалися пізніше. Через це надвечір вони відчували голод. А внаслідок того, що нічні перекуси зазвичай складалися з печива, йогуртів чи картопляних чипсів, вони щоразу з’їдали близько 400-650 кілокалорій.

Результати аналізу вразливості до інсуліну двох останніх груп людей відрізнялися — впродовж дослідження чутливість до цього гормону у третьої групи знизилася на 27%, а у другої — на половину менше. Це свідчить про погіршення метаболізму.
У тих учасників, які намагалися надолужити сон на вихідних, відбулося значне зниження чутливості до інсуліну в тканинах печінки та м’язів — вони відіграють важливу роль у травленні їжі. Жодна з інших груп не мала таких результатів.

«Це було дуже несподівано. Підозрюю, що постійні коливання між недостатньою кількістю сну в будні та надмірною його кількістю у вихідні можуть сам по собі мати негативні наслідки для здоров’я» — стверджує Депнер.
Пітер Лю, ендокринолог Каліфорнійського університету, зацікавився тим, наскільки результати людей попереднього дослідження відповідатимуть результатам тих, хто мало спить постійно. Зрештою він з’ясував, що кілька додаткових годин відпочинку покращили чутливість до інсуліну у людей, котрі звикли спати менше семи годин вночі.  Тож Пітер Лю вважає, що ці дослідження — ще не остаточне слово на таку важливу тему.

Та, у будь-якому разі, повноцінний відпочинок — це одна з трьох основ здорового способу життя: сон, фізичні вправи та збалансоване харчування. Ви ж не казатимете комусь: «Тобі потрібно стежити за харчуванням з понеділка по п’ятницю, а на вихідних ти можеш їсти все, що забажаєш». На думку вчених, подібний принцип працює і зі сном.

емоційне здоров'я здоров'я навчання наука поради для усіх психологія