Наш мозг нуждается в уходе не меньше любого другого органа. Некоторые продукты в избыточных количествах, мешают думать, так же отдельные привычки негативно влияют на мыслительные способности. Создайте своему мозгу благоприятные условия.
Мозг – важнейший орган нашего организма. Он управляет всеми его жизненными функциями. Благодаря мозгу мы слышим, видим, чувствуем, осязаем, мыслим, двигаемся. От его работы зависят наше самочувствие, память, эмоции, интеллектуальные способности.
Мозг – очень нежный орган. Поэтому чтобы он оставался работоспособным и молодым как можно дольше, важно правильно его «эксплуатировать», по возможности учитывая то, что он «любит» и «не любит».
Что не нравится нашему мозгу?
1. Слишком жирная еда
Потребление в неумеренном количестве продуктов, содержащих слишком много насыщенных жиров, особенно животного происхождения, может повлечь за собой закупорку сосудов головного мозга, что ограничит приток крови и доступ к нему питательных веществ.
Вредны для мозга и скрытые жиры, содержащиеся в копченостях, сардельках-сосисках-колбасах, мороженом, полуфабрикатах, фастфуде и пр.
В то же время сотрудники американского института геронтологии сделали вывод, что низкокалорийная диета и голодание пагубно влияют на состояние мозга, который переживает в этом случае сильный стресс. Это сказывается на эмоциях человека, проявляется навязчивой озабоченностью или фиксацией на какой-то идее.
Они считают, что несмотря на то, что главное питательное вещество для мозга ― глюкоза, ему необходим и жир, ведь сам он на 1/6 состоит из холестерина. Тем более, что без жира не могут усваиваться важнейшие витамины.
2. Излишек сладостей
Мозг любит сладости, особенно шоколад, ведь они повышают его продуктивность. Однако ему нужен не сахар, а глюкоза, которая содержится в меде, фруктах и сухофруктах.
На излишек сахара организм реагирует резким выбросом инсулина. Уровень сахара падает и, как результат, наступает слабость и снижается умственная работоспособность.
То, что сахар вредит интеллекту человека и губительно воздействует на клетки головного мозга, подтвердили и соответствующие исследования.
Шоколад же полезен для мозга лишь в том случае, если он содержит не менее 70% какао.
3. Алкоголь
Длительное злоупотребление спиртными напитками, особенно крепкими, и даже красным вином, богатым антиоксидантами, грозит закупоркой сосудов головного мозга, старением и отмиранием его клеток, проблемами с памятью и пр.
4. Курение
Индийские ученые после ряда исследований пришли к заключению, что курение пагубно воздействует на мозг, разрушая его. Главная разрушающая сила ― табак, поскольку из-за табачного дыма мозг получает слишком мало кислорода. Кроме того, в мозг из сигарет и табачного дыма попадает несколько тысяч всевозможных химических соединений, 30 из которых особенно ядовиты.
После поступления никотина из легких в мозг у человека возникает подъем мыслительной активности, поскольку никотин возбуждает нервные клетки, побуждая их к работе. Однако через некоторое время наступает обратный эффект. Происходит сужение его кровеносных сосудов, вследствие чего нарушается поступление к нервным клеткам кислорода и питательных веществ, что проявляется в виде головных болей.
В дальнейшем это может стать причиной развития онкологии.
Из-за курения сосуды мозга теряют упругость и эластичность, что приводит к нарушению мозгового кровообращения и, при ряде сопутствующих факторов, ― кровоизлиянию в мозг.
Курение нередко является и причиной заболевания рассеянным склерозом.
5. Недостаток воды
Британские ученые утверждают, что нехватка воды способствует уменьшению объема мозга и снижению его работоспособности, в результате чего обработка одного и того же количества информации происходит дольше, чем в обычных условиях.
Для нормальной работы мозга в организм должно поступать не менее 2 л жидкости в день. А если человек теряет больше жидкости, чем обычно, например во время интенсивных тренировок, посещения парной, да и просто при сильной жаре, то ее количество необходимо увеличить.
Однако без причины пить более 2 л жидкости в день не стоит – это тоже вредит мозгу, так как излишнее ее количество способствует вымыванию йода из организма.
6. Недосыпание
В последние годы недосыпание приобретает все более глобальные масштабы. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, люди в целом стали спать на 20% меньше, чем их предки, которые вели более размеренный образ жизни. Обилие дел и желание все и всюду успеть привели к тому, что люди «занимают» время у сна. Однако чтобы полноценно выспаться, время сна должно составлять не менее 7-9 часов. По статистике же такую «роскошь» позволяют себе не более 60% людей.
Регулярное недосыпание приводит к тому, что мозг пытается наверстать время, упущенное для сна, тогда, когда человек бодрствует. И в это время у него наблюдается ухудшение мелкой моторики, он не в состоянии размышлять и действовать, замедляются сообразительность, реакции и логические процессы. Человек как бы зависает.
Хроническое недосыпание приводит к повреждению нейронов, отвечающих за внимание и интеллектуальную деятельность.
7. Храп
Австралийские ученые пришли к выводу, что храп отрицательно влияет на работу мозга, поскольку сон храпящего человека – беспокойный. Из-за храпа несколько снижается количество серого вещества в тех участках мозга, которые отвечают за координацию движений, концентрацию внимания и память.
8. Стресс
Стресс, или сильное эмоциональное напряжение, влечет за собой разрыв связей между нейронами головного мозга. Многим знакомо чувство нервного напряжения, когда все валится из рук.
Сильные эмоции парализуют мыслительные процессы: как большое горе, так и большая радость могут на некоторое время лишить человека способности думать. То же самое можно сказать и о страхе – у человека, переживающего страх, подавляется способность нервных клеток включиться в мыслительный процесс.
Продолжительные стрессы способствуют ухудшению памяти и снижению интеллекта.
9. Перегруженность информацией
В последнее время забывчивостью все чаще стали страдать и молодые люди. Появился даже термин «синдром суетной жизни», который характеризуется внезапными провалами в памяти.
Причина этому – ускорение ритма жизни и увеличение количества информации, которую мозг должен быстро переработать. Однако из-за информационных перегрузок он не в состоянии это сделать надлежащим образом.
10. Одновременное использование нескольких гаджетов
Американские ученые обратили внимание на то, что одномоментное пользование несколькими гаджетами, например ноутбуком и смартфоном, со временем приводит к тому, что снижается плотность и количество серого вещества, то есть мозг постепенно усыхает.
Их заключение сделано на основании МРТ, проведенного 75 пациентам ― результаты показали, что меньше серого вещества оказалось у тех из них, кто часто пользовался несколькими гаджетами одновременно.
11. Дефицит общения
Продолжительная социальная изоляция приводит к уменьшению в головном мозге миелина ― вещества, образующего оболочку отростков нервных клеток и обеспечивающего проведение нервных импульсов. Причем при прекращении социальной изоляции выработка миелина возобновляется.
12. Жизнь в городе
Жизнь в городе разрушает мозг, сделали вывод американские медики. Мозг городского человека ежедневно пребывает в состоянии «борьбы или бегства», что заставляет его усиленно вырабатывать гормон стресса кортизол. На оживленных улицах мозг получает огромное количество мелких сигналов, предупреждающих об опасности, на которые ему приходится обращать внимание, даже если он перегружен.
Человек не может воспринимать городской шум как некий фон, или так называемый «белый шум», ведь в противном случае он может, к примеру, не заметить сигнал автомобиля, выезжающего из-за угла, и пр.
Множество таких ежедневных мелких сигналов ослабляет внимание, память и может вызвать нервное истощение.
13. Мышление стереотипами
Мозг не любит стереотипов (хотя сам их и создает). Чтобы не деградировать и не стариться, он должен мыслить. Стереотипы же не позволяют ему этого делать, вынуждая идти проторенным путем, не напрягаясь.
Наталья Резник,
кандидат биологических наук
«Химия и жизнь» №3, 2014
А в этот самый день у Кенги было ужасно хозяйственное настроение.
Она решила везде навести порядок и сосчитать все белье и выяснить,
сколько осталось у нее кусков мыла, и сколько у Тигры осталось чистых
салфеток, и сколько у Ру осталось чистых передников, так что она
выставила их обоих из дому...
А. А. Милн. Винни-Пух и все-все-все
Сон - состояние, присущее большинству животных, в том числе и беспозвоночным. Даже морские млекопитающие, для которых уснуть - значит захлебнуться, спят каждым полушарием по очереди. Сон жизненно необходим, бессонница убивает и животных, и людей. Веками ученые пытаются понять, почему это происходит, и в гипотезах не было и нет недостатка. В этой статье мы расскажем о трех.
Глимфатическое половодье
Представления специалистов о назначении сна изменяются по мере развития методов прижизненного исследования мозга. К ним относятся в том числе магнитно-резонансная томография и двухфотонная лазерная микроскопия, которые позволяют наблюдать за перемещением жидкостей и веществ в живых тканях в реальном времени. О магнитно-резонансной томографии в изучении мозга «Химия и жизнь» уже писала (см.: Елена Клещенко «Библиотека мозга» , 2012, №12). Суть двухфотонной лазерной микроскопии заключается в том, что в мозг вводят краситель, флуоресценцию которого периодически возбуждают двумя фотонами, энергия каждого из которых меньше энергии, необходимой для возбуждения флуоресценции. Молекула засветится лишь в том случае, если в нее попадут оба фотона, а произойти это может только в фокусной плоскости микроскопа. Метод позволяет получить четкое изображение тканей на глубину до нескольких сотен микрон, и можно без помех наблюдать за распространением светящейся жидкости.
Правда, чтобы исследовать таким образом мозг лабораторного животного, приходится проделывать в черепе окошечко для освещения флуоресцентных молекул. Но ничего, делают, потом закрывают его специальным стеклом, вживляют электроды и канюли для введения красителя, и грызуны живут со всем этим оборудованием в голове, а время от времени их помещают на часок на столик микроскопа и наблюдают.
В результате подобных экспериментов специалисты Медицинского центра Рочестерского университета (США) под руководством Мейкен Нейдегаард обнаружили «глимфатическую» систему - специфические каналы для течения спинномозговой жидкости (Science Translational Medicine , 2012, 4, 147ra111, DOI:10.1126/scitranslmed.3003748). Исследователи предположили, что система служит для очистки мозга от вредных веществ, которые накапливаются в межклеточном пространстве в результате обменных процессов.
Что такое лимфатическая система, знают все. Лимфа вбирает в себя вредные продукты метаболизма тканей из межклеточной жидкости; ее сосуды открываются в вены, по которым все собранные «отходы» попадают в печень и почки и выводятся из организма. Чем активнее происходит в ткани обмен веществ, тем лучше в ней развита лимфатическая сеть. Но в мозге лимфатических сосудов нет, меж тем его метаболическая активность очень высока, а нейроны и глия чувствительны к внешним воздействиям. Именно с накоплением продуктов клеточной жизнедеятельности связывают развитие нейродегенеративных заболеваний, таких, как болезнь Альцгеймера. По мнению специалистов, основная часть патогенных белков разрушается внутри клеток мозга, однако много вредных молекул оказывается в межклеточном пространстве, и от них тоже надо избавляться. Роль очищающего раствора могла бы играть спинномозговая жидкость (СМЖ). Она высачивается из сосудистого сплетения, протекает через желудочки мозга, омывает его поверхность и снова возвращается в кровоток. Но сквозь толщу мозговой ткани ей пройти трудно, поскольку специальных сосудов для нее там нет, а диффузия идет очень медленно. Оказалось, однако, что специальный скоростной путь для СМЖ все-таки существует (рис. 1).
Спинномозговая жидкость поступает в мозг из субарахноидального пространства - полости между двумя мозговыми оболочками - и движется вдоль артерий. Сосуды окружены отростками глиальных клеток астроцитов, образующими вокруг артерий сеть подобно тому, как ветви тенистой аллеи смыкаются над дорогой. На мембранах этих выростов расположены белки аквапорины (AQP4), которые быстро пропускают в клетки молекулы воды. Через эти поры СМЖ попадает в клетку и движется от астроцита к астроциту, обмениваясь по дороге молекулами с межклеточной жидкостью. В конце концов этот «мусорный» поток достигает сосудов венозной системы и, двигаясь вдоль них, попадает в лимфатические сосуды шеи, а оттуда в печень, где отходы мозговой деятельности постигает общая участь. Поскольку отсутствие гена AQP4 у генетически модифицированных мышей на 65% ухудшает вымывание бета-амилоидов из межклеточной жидкости, исследователи предположили, что именно течение СМЖ обеспечивает очистку мозга от лишних продуктов клеточной активности. С помощью магнитно-резонансной томографии они показали, что таким путем покидают мозг от 40 до 80% крупных белков.
Эту систему исследователи назвали глимфатической за ее зависимость от аквапоринов глиальных клеток и за очищающую функцию, которая роднит ток СМЖ с лимфатической системой периферических тканей. Благодаря глимфатической системе нет необходимости организовывать в мозге отдельную мусоросжигающую фабрику, отходы его жизнедеятельности поступают в общий центр утилизации.
Специалисты нередко связывают очистку мозга со сном. Некоторые белки, присутствующие в межклеточном пространстве ЦНС и подлежащие удалению, в частности бета-амилоиды, тау-белки и синуклеины, вызывают нейродегенеративные расстройства, которые возникают в том числе и при нарушениях сна. Известно, что эти вредные вещества накапливаются во время бодрствования, у спящих людей и животных их межклеточная концентрация меньше, а при бессоннице особенно высока. Возможно, бессонница связана с повышенным уровнем бета-амилоидов. Мейкен Нейдегаард и ее сотрудники проверили альтернативную гипотезу, согласно которой очистка от бета-амилоидов более эффективно происходит во время сна и глимфатические процессы находятся под контролем цикла «сон-бодрствование» (Science , 2013, 342, 373–377, DOI:10.1126/science.1241224).
Исследования глимфатической системы проводили на анестезированных мышах. Удобно, когда животное на столике микроскопа мирно спит. Но теперь ученые наблюдали мышей в трех состояниях: бодрствующих, спящих естественным сном и усыпленных смесью кетамина и ксилазина. Эксперимент организовали так, чтобы наблюдать течение СМЖ в двух разных состояниях активности мозга у одной и той же мыши. Поскольку предстояло работать с бодрствующими животными, их заранее приучили к лежанию на столике микроскопа, а объем и скорость введения красителей подобрали такие, чтобы не повлиять на поведение грызунов. Состояние сна или бодрствования мыши во время эксперимента постоянно контролировали с помощью ЭЭГ и электромиографии, которая определяла тонус шейной мышцы (во сне она расслаблена). Далее, когда мы будем говорить о сне, имеется в виду его медленная фаза.
Значительную часть дня мыши спят. Около полудня спящему грызуну вводили в большую цистерну мозга краситель флуоресцеин-изотиоцианат, ФИТЦ, обладающий сильной желто-зеленой флуоресценцией, и в течение получаса наблюдали за его прохождением по мозгу с помощью двухфотонного лазерного микроскопа. Затем мышь будили, бережно коснувшись рукой хвоста, и повторно вводили другой краситель такого же молекулярного веса - техасский красный (рис. 2). Оказалось, что при бодрствовании поток спинномозговой жидкости сокращается примерно на 95%. Ученые повторили эксперименты с другой группой мышей. На сей раз они начали вечером, когда мыши бодрствовали, и во все время наблюдения трогали зверя за хвостик, чтобы он не заснул в неподвижности. Судя по распределению ФИТЦ, спинномозговая жидкость медленно омывала поверхность коры, практически не проникая вглубь. Спустя полчаса животных усыпили, ввели другой краситель, и он устремился вглубь мозга с такой же скоростью, что и при естественном сне.
Рис. 2. В бодрствующем мозге (справа ) окрашенная спинномозговая жидкость движется вдоль кровеносных сосудов. В спящем (слева ) она просачивается на значительную глубину. Фото L. Xie, H. Kang and M. Nedergaard с сайта www.sciencenews.org" border="0">
Почему у мышей, спящих не важно по какой причине, резко возрастает ток СМЖ? В бодрствующем мозге давление крови и пульсация артерий сильнее, чем в спящем, поэтому разница в скоростях не может быть связана с пульсацией сосудов. Другое объяснение заключается в том, что во сне расширяется межклеточное пространство и жидкость по нему циркулирует свободнее. Активность нейронов сопровождается увеличением концентрации внеклеточных ионов калия, клетки из-за этого набухают, а пространство между ними сокращается. Эксперименты подтвердили, что у бодрствующих мышей объем межклеточного пространства составляет 3–15%, а у спящих 22–24%, то есть разница превышает 60%. Когда животные не спят, ткань мозга сопротивляется потоку жидкости и затрудняет ее движения, а следовательно, и удаление вредных молекул. И действительно, меченые бета-амилоиды, введенные в кору мозга, во время сна покидают ее почти в два раза быстрее, чем при бодрствовании.
Поскольку на величину глимфатического потока влияет не только естественный сон, но и анестезия, она должна быть связана не с циркадными ритмами, а скорее с состоянием «сон-бодрствование». Возможно, изменение объема межклеточного пространства регулируют нейромедиаторы, вызывающие возбуждение. Первым кандидатом на эту роль стал норадреналин, который ответствен за пробуждение коры, а также регулирует активность мембранного транспорта и работу каналов, отвечающих за объем клеток, в периферийных тканях, таких, как почки и сердце.
Исследователи ввели бодрствующим мышам смесь антагонистов к норадреналиновым рецепторам. Антагонисты связываются с рецепторами, и норадреналину сесть уже некуда, поэтому клетки его сигналы не воспринимают. В этих условиях поток СМЖ возрос до уровня, сравнимого с таковым у спящих животных, а объем межклеточного пространства увеличился с 14,3 до 22,6%. Ученые полагают, что норадреналин стимулирует нейронную активность, которая, в свою очередь, влияет на объем межклеточного пространства. Чтобы выяснить в деталях механизм расширения межклеточного пространства во сне, при анестезии или блокаде норадреналиновых рецепторов, еще нужны эксперименты.
Как эта гипотеза объясняет засыпание? Поскольку очистка мозга происходит в режиме «сон», логично предположить, что в это состояние он переходит, когда в нем накапливаются вредные метаболиты. Еще в конце 1990-х годов финская исследовательница Тарья Поркка-Хейсканен, с недавнего времени Стенберг, и ее коллеги из Гарвардской медицинской школы предположили, что переключателем служит аденозин - метаболит нейральной и глиальной активности. Его концентрация в бодрствующем мозге выше, чем в спящем, а при искусственном нарушении сна еще выше. Но стоит заснуть, и она быстро падает. Работа исследователей из Медицинского центра Рочестера объясняет, почему возможно быстрое восстановление: из-за мощного потока СМЖ.
Итак, в период бодрствования в мозге накапливаются вещества, которые необходимо своевременно удалять. Понятно, что уборкой удобнее заниматься, когда никого нет дома. И вот мозг минимизирует активность нейронов и включает проточную систему очистки на полную мощность. Даже кратковременного сна бывает достаточно, чтобы «промыть мозги».
Однако есть и другая теория, согласно которой во сне активность мозга не уменьшается, а переключается на другие объекты.
Висцеральное бессознательное
Во время бодрствования наш мозг занят анализом сигналов, поступающих из внешней среды, и реакцией на эти сигналы. Но есть еще и внутренние органы. Днем они действуют в автоматическом режиме: животное дышит, его сердце бьется, кишечник и желудок сокращаются, пищеварительные железы выделяют ферменты. Однако и эти функции нуждаются в периодическом контроле мозга. Доктор биологических наук И. Н. Пигарёв, ведущий научный сотрудник Института проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН, предлагает висцеральную гипотезу сна, согласно которой нейроны спящего мозга перестают реагировать на внешние сигналы, чтобы переключиться на анализ информации от внутренних (висцеральных) органов (, 2013, 63, 1, 86–104, DOI:10.7868/S0044467713010115).
Не случайно животные и люди выбирают для сна мягкие, темные и тихие места, где их не беспокоят шум, свет и горошина под периной. Во время висцерального обследования мозг не должен отвлекаться на сигналы от внешних рецепторов в кору, он на них не реагирует. Мышцы во время сна расслаблены, спящий вял и неконтактен, однако нейроны его коры при этом активны.
Согласно классическим представлениям, кора разделена на специализированные зоны: зрительные, слуховые, двигательные. И трудно представить, чтобы нейроны, ответственные за обработку зрительных сигналов, анализировали также информацию, поступающую из кишечника. Чтобы проверить это предположение, автор гипотезы сравнил реакцию одних и тех же отделов коры на разные стимулы во время сна и бодрствования. Оказалось, что нейроны коры кошки, которые при бодрствовании отвечали на зрительные сигналы или контролировали движения передних лап, в период медленного сна реагируют на электрическую стимуляцию желудочно-кишечного тракта, причем эта стимуляция не будит кошку, а делает ее сон более глубоким. Сразу после пробуждения и зрительные, и соматосенсорные нейроны возвращались к своим первоначальным функциям, не отвечая больше на висцеральные сигналы. Аналогичным образом вели себя нейроны зрительной коры обезьяны, а также зрительной и соматосенсорной коры кроликов.
Значительная доля знаний о функциональной организации нервной системы была получена именно с помощью метода электрической стимуляции, поэтому сведения, добытые таким способом, можно считать вполне достоверными. Однако современные технологии позволяют исследовать активность нейронов, не прибегая к искусственным стимулам. К исследованию подключились специалисты лаборатории кортиковисцеральной физиологии Института физиологии им. И. П. Павлова и вживили кошкам в гладкомышечные стенки желудка и двенадцатиперстной кишки регистрирующие электроды, позволяющие записывать естественную миоэлектрическую активность этих органов. Полученные данные сопоставили с активностью нейронов коры. Оказалось, что в состоянии бодрствования исследованные нейроны на сокращения желудочно-кишечного тракта не откликаются. Зато в периоды медленного сна электрические импульсы значительной части нервных клеток коры совпадают по времени с миоэлектрической активностью, вызванной сокращениями желудка и двенадцатиперстной кишки. При этом они реагируют на заполнение кишечника. Когда кошкам через фистулы непосредственно в желудок вводили воду, сон животных был более глубоким и длительным, и активность нейронов коры отличалась от той, которую регистрировали у спящих кошек на пустой желудок.
Все доказательства того, что корковые нейроны анализируют сигналы от внутренних органов, были получены в период медленного сна. Однако он чередуется с быстрым, более глубоким, чем медленный. По мнению Ивана Николаевича Пигарёва, мозг занимается обработкой висцеральной информации и в медленном, и в быстром сне. Во время медленной фазы он анализирует деятельность ритмично работающих органов пищеварения, дыхания и сердца. Их ритмическая активность в результате интерференции определяет медленные волны корковой ЭЭГ. Затем сканирование переходит к органам, не имеющим очевидной ритмики: печени, почкам, сосудистой системе, мышцам и сухожилиям. Наконец мозг должен и сам себя обследовать. Так что сон можно рассматривать как единый процесс анализа всех висцеральных систем организма.
Упрощенная схема работы мозга в режиме «сон-бодрствование» представлена на рис. 3. В период бодрствования нейроны коры заняты анализом внешних сигналов, пути, по которым поступает информация от внутренних органов, заблокированы, а внутренние органы работают под контролем автономной нервной системы. Но со временем эта система перестает справляться с ситуацией, и появляется необходимость в контроле со стороны коры. Висцеральные органы постоянно сравнивают свое состояние с эталонным и посылают сигналы о несоответствии на специальные нейроны, откуда они поступают в мозг. Мозг воспринимает их как чувство усталости, и организм старается заснуть. Во сне у коры появляется возможность перераспределить информационные потоки: отключить внешние каналы и сосредоточиться на связи с внутренними органами. Когда все висцеральные параметры приведены в норму, мозг переключается в режим бодрствования, и спящий пробуждается.
На рисунке эта схема выглядит достаточно просто, но ее реализация не всегда идеальна, потому что в роли переключателей выступают химические синапсы, работа которых зависит от многих условий, в том числе от предыдущей активности нейронов. В результате в переключении информационных потоков возникают сбои, которые могут привести к неприятным последствиям. Например, если на двигательные отделы коры, которые еще не отключились от мотонейронов спинного мозга, начнут поступать сигналы от внутренних органов, они вызовут сокращения мышц, например движения конечностей, которые будят засыпающего человека. Такое нарушение хорошо известно как синдром беспокойных ног, но от него есть лекарства. Они позволяют углубить сон в период засыпания, и этого достаточно, чтобы предотвратить возникновение бесконтрольных движений. Когда человек заснет, сигналы от внутренних органов перестанут поступать в спинной мозг и вызывать беспокойство.
Возможно, что сигналы висцеральной системы попадают из коры в еще не полностью отключенный или преждевременно пробуждающийся блок сознания. Сознание - это функция бодрствования, во сне и под наркозом оно отключается. Какие именно нейроны за него отвечают, пока можно лишь предполагать, но ясно, что внутренние органы в сознании не представлены. Их активность сознание воспринимает как шум, а шум прежде всего возбуждает нейроны, имеющие самые низкие пороги ответа, то есть те, которые недавно работали. Вероятно, именно благодаря внеурочной активности этих нейронов мы видим сны, предметом которых становятся события, занимавшие нас в состоянии бодрствования. Смотреть сны интересно, но, если блокировка сознания во время сна нарушена серьезно, человек страдает от ночных кошмаров.
В случае несинхронного включения разных систем, когда сознание уже проснулось, а моторная зона еще спит, человек, пробудившись, некоторое время не может пошевелиться (паралич сна). Обратная ситуация, при которой зона поведения и двигательной активности проснулись, а сознание еще заблокировано, порождает сомнамбулизм. Человек ходит с открытыми глазами, его движения осмысленны и хорошо скоординированы, потом он засыпает, а проснувшись, совершенно не помнит, что перепрятал Лунный камень.
Как эта гипотеза объясняет засыпание? В бодрствующем организме внутренние органы работают под местным контролем автономной нервной системы. Однако эта система не может самостоятельно решать все возникающие проблемы, и постепенно текущие параметры работы внутренних органов отклоняются от генетически заданных норм. Это рассогласование будет вызывать ощущение усталости или давление сна. Если окружающая обстановка допускает переход ко сну, животное или человек отдастся Морфею при первых признаках усталости, а корковые зоны будут анализировать причины возникших проблем и искать пути их устранения. Если же условия неблагоприятные - шумно, тревожно, неотложные дела, - организм борется со сном. В такой ситуации велика вероятность, что отдельные зоны коры все-таки заснут при сохранении внешне бодрого состояния организма (Neu-roreport . 1997, 8, 11, 2557–2560). При этом ни сам человек, ни окружающие его люди не замечают, что часть мозга отключилась от обслуживания поведения. Если выполняемая при этом работа несложна, возникновение локального сна может пройти безболезненно. Но в тех случаях, когда человек занят важным делом, связанным с принятием сложных и быстрых решений, локальный сон приведет к драматическим последствиям. Видимо, именно локальный сон становится причиной техногенных катастроф, дорожных происшествий и медицинских ошибок, вероятность которых возрастает в ночное время.
Положения висцеральной гипотезы сна подтверждают многочисленные эксперименты, проведенные за последние двадцать лет на кошках, обезьянах и кроликах.
Но есть и другие предположения о том, зачем нужен сон, не менее убедительные.
Холодная голова
Доктор физико-математических наук Д. П. Харакоз, много лет проработавший в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН, предложил фазово-переходную концепцию, согласно которой во сне происходит очистка пресинаптической мембраны путем ее перекристаллизации - перехода из жидкого состояния в твердое и обратно (Журнал высшей нервной деятельности , 2013, 63, 1, 113–124, DOI:10.7868/S0044467713010061). К сожалению, из-за безвременной кончины автор гипотезы не успел ее проверить.
Итак, синапс. В данном случае мы говорим о контактах между нейронами, через которые передается возбуждение. Нейрон синтезирует нейромедиатор, который в мембранных пузырьках везикулах движется к клеточной пресинаптической мембране. Когда нейрон возбужден, в него входят ионы кальция, под их влиянием происходит конформационная перестройка расположенного на пресинаптической мембране особого белкового SNARE-комплекса (см. в «Химии и жизни», 2013, №11). Она завершается слиянием везикулярной и цитоплазматической мембран и образованием поры, через которую нейромедиатор выходит в синаптическую щель. Весь процесс занимает менее 0,1 мс. По расчетам автора гипотезы, такая скорость высвобождения нейромедиатора возможна лишь в том случае, если фосфолипидная пресинаптическая мембрана в зоне поры отвердеет: составляющие ее липидные молекулы замирают «по стойке смирно», тесно прижавшись друг к другу, и мембрана становится практически несжимаемой. При этом площадь ее поверхности сокращается на 20–25%, что и служит причиной разрыва и слияния мембран и высвобождения нейромедиатора. Переход жидкой мембраны в твердую фазу вызывают ионы кальция, а благодаря SNARE-комплексу разрыв пресинаптической мембраны происходит не в произвольном месте, а в точке ее контакта с везикулой.
В теплокровном организме узкий диапазон температур. В таких условиях переход жидкой мембраны в твердую фазу и обратно возможен лишь при определенном липидном составе, но в ходе работы мембрана по разным причинам загрязняется посторонними липидами. Следовательно, должен существовать механизм ее очистки в активной зоне синапса.
По мнению Дмитрия Петровича Харакоза, организм использует для восстановления состава мембраны перекристаллизацию: простой, эффективный и неспецифический метод очистки, при котором чистое вещество уходит в твердую фазу, а примеси концентрируются в жидком состоянии и удаляются. Механизм удаления примесей автор не описывает. Но для перекристаллизации нужно понизить температуру ниже точки отвердевания мембраны.
Возможности для перекристаллизации мембран в организме есть. Они весьма чувствительны к внешним воздействиям и отвердевают при небольшом охлаждении. Организм теплокровных очень эффективно регулирует температуру. Нагревание происходит в результате метаболических процессов в разных тканях, а охлаждение - через дыхательные пути и кожные покровы, особенно уши, конечности и хвост, у кого он есть. Отвечает за терморегуляцию гипоталамус. Мозг питают каротидные артерии и вертебральные, температура крови в которых выше, чем в каротидных. Изменяя просветы этих двух видов артерий, организм может переключать температуру мозга при смене фаз сна. Многочисленные эксперименты свидетельствуют, что изменения температуры мозга не случайны. У крыс она всегда возрастает в ответ на внешние раздражители: боль, социальный контакт с другой особью, сексуальное возбуждение. Причем температура каждого отдела мозга в ответ на разные стимулы повышается до одного определенного значения, как будто стремится именно к нему. Например, для прилежащего ядра мозга крыс эта температура составляет 38,5°С. А в фазе медленного сна происходит охлаждение на величину от нескольких десятых долей градуса до нескольких градусов в разных отделах мозга у разных животных. Очевидно, температура мозга меняется не пассивно, а регулирует активность нервной ткани. Не зря о человеке, трезво мыслящем, говорят, что у него холодная голова.
Если перекристаллизация мембран происходит в фазе медленного сна, очевидно, что синапс в это время работать не может: передача сигнала происходит, когда ионы кальция индуцируют отвердение жидкой мембраны, а если она и так уже находится в твердом состоянии, нейрон не среагирует на полученный сигнал и не сможет передать его дальше. Но, как отмечает исследователь, не все функции мозга нуждаются в предельно высокой скорости передачи сигнала, поэтому не все синапсы должны работать по фазово-переходному механизму и отключаться на профилактическую перекристаллизацию.
Для эффективной перекристаллизации мембраны очень важно чередование медленного и быстрого сна, сопряженного с чередованием пониженной и повышенной температуры. В прохладном медленном сне запускается «перекристаллизация» и удаляется часть материала, оставшегося в жидком состоянии и содержащего примеси. Потерянный материал необходимо восполнить, и сделать это можно в фазе быстрого сна, когда мембрана снова становится жидкой и способной «впитать» недостающие компоненты. Однако исследователь не исключает, что медленный сон для восстановления обязателен, а более теплый быстрый играет вспомогательную роль, в которой его может заменить бодрствование. Этот вопрос требует отдельного рассмотрения.
Как эта гипотеза объясняет засыпание? Температура тела (и мозга) подчиняется циркадному ритму, и, когда она понижается, хочется спать. Охлаждение мозга не просто связано с засыпанием, а стимулирует его. Вероятно, на этом основан известный многим бытовой способ борьбы с бессонницей: надо хорошенько замерзнуть. Народный метод подтверждают научные данные. На 23-й ежегодной конференции сомнологических обществ в 2009 году американский психиатр Эрик Нофзингер рассказал о том, что охлаждение черепа в области фронтальной коры с помощью специальной шапочки заметно ускоряет засыпание и улучшает качество сна.
Однако многие люди крепко засыпают после теплой ванны, и медикам этот эффект хорошо известен. Возможно, дело в том, что нагревание приводит к расширению сосудов рук и ног, представляющих собой эффективные теплообменники. Когда человек выходит из ванны, расширенные сосуды его конечностей усиленно отдают тепло и охлаждают тело.
Есть и другое объяснение. У кенгуровых крыс локальное нагревание области гипотоламуса увеличивает продолжительность медленной фазы сна. Возможно, дело в том, что перегретый гипоталамус включает дополнительную систему охлаждения мозга. Если этот механизм справедлив и для человека и кровь, проходящая через вертебральные артерии из нагретого тела в мозг, преимущественно поступает в область гипоталамуса, с ним происходит то же, что и сумчатой крысой: гипоталамус включает систему охлаждения, что вызывает сон, точнее, его медленноволновую фазу.
Дмитрий Петрович Харакоз полагал, что любая гипотеза, объясняющая назначение сна, должна отвечать на вопрос, почему эта функция несовместима с состоянием бодрствования. Почему мозг не выделил особый участок для постоянного контроля за висцеральной системой и только отрешившись от мира может анализировать работу кишечника, почему глимфатическая система не в состоянии интенсивно орошать мозг круглые сутки? Не исключено, что у мозга столько функций, что он одновременно их не вмещает и вынужден разделять на дневные и ночные. Или у сна не одна причина, а несколько. Со временем мы все узнаем. Может быть, ответ придет кому-то во сне.
Редакция благодарит доктора биологических наук
И. Н. Пигарёва за помощь в подготовке материала
Опубликованное в журнале Current Biology, говорит о том, что мозг более чем способен принимать решения во время сна. Участников этого исследования просили сортировать слова на две категории нажатием кнопки, причем во время испытаний позволялось уснуть. Однако эксперимент продолжился и во сне — мозг участников был способен принимать решения даже после того, как организм погружался в сон.
2. Сортирует воспоминания
Во сне мозг обрабатывает новые воспоминания, проверяет связи со старыми, и сортирует память так, чтобы человек не забывал нужные моменты. По словам доктора Мэтью Уокера из Калифорнийского университета, если человек занимается фортепиано после после здорового сна и в следующую ночь спит еще восемь часов, то пройденное на уроке воспроизводится им на 20−30% лучше, чем при проверке знаний сразу же по окончании занятий.
3. Создает ассоциации
Во время сна мозг строит ассоциативные связи между, казалось бы, не связанными между собой вещами. Это может привести к появлению необычных идей или углубленному пониманию окружающего мира. Поэтому возникающие порой в голове неожиданно оригинальные идеи не так уж и спонтанны.
4. Избавляется от токсинов
Серия исследований показывает , что во сне мозг мышей очищается от нейродегенеративных клеток и токсинов, увеличение концентрации которых может привести к развитию болезней Альцгеймера и Паркинсона.
5. Обучается физическому труду
Во время фазы быстрого сна новая информация о двигательной функции организма передается из коры головного мозга, отвечающей в том числе за моторику, в височную долю. Это помогает нам «осмысливать» и эффективнее выполнять задачи, касающиеся физической активности.
Сон – это
состояние покоя, которое сопровождается уменьшением интенсивности некоторых физиологических процессов и наступает обычно через равные промежутки времени. Такое определение сна дают медики. Ученые очень давно ведут исследования на тему, как сон действует на отдельные системы органов и на организм в целом.
Все знают, что сон в целом очень полезен для человеческого организма – это и успокоение нервной системы, и вырабатывание разных гормонов, и переключение различных систем действия мозга, и полное релаксация мышечной системы, и пополнение клеток головного мозга, и многое другое. Но сейчас мы рассмотрим как сон способствует работе мозга человека.
Сон способствует восстановлению клеток мозга
Вначале нужно сказать, что сон способствует восстановлению клеток мозга
. В Висконсинском университете ученые доказали, что в период сна стимулируются гены, которые отвечают за выработку миелина
– защитной оболочки нейронов.
Он увеличивает быстроту транслирования информации промеж нервными клетками. Если его недостаточно могут появится аутоиммунные заболевание и склероз. Сон влияет на олигодендроциты – клетки мозга, составляющие миелин, также берут участие в метаболизме нейронов. Эти выводы удалось сделать наблюдая за подопытными грызунами. Когда крысы спали у них увеличивалось создание клеток – предшественниц олигодендроцитов, а во время бодрствования подключались гены, которые контактировали с стрессом.
Профессор Вэнь-Бяо Ганн из Нью-Йорского университета рассказал, что исследования, проведенные им на грызунах показали как работает усвоение информации в стадии быстрого и медленного сна, как обрабатывается и воспроизводится вся информация, полученная за день. Выяснилось, что это очень значительный и активный процесс, который ученые не осознали до конца.
Очистка от токсинов
Также ученые заявляют, что еще есть одна неизвестная ранее причина потребности и необходимости сна – очистка мозга от токсинов . В период сна происходит обмывание мозга мозговой жидкостью. Этот процесс непрерывный, но во время сна более активный.
Такие исследования проводились в медицинском центре университета Рочестера. Наш мозг использует сон как возможность очистки от токсинов, накопленных за день. В прошлом году были открыты глимфатичные системы – основная их функция – выведение вредных веществ. Интересным фактом является то что болезнь Паркинсона и Альцгеймера, которые приводят к потере клеток мозга и сопутствуют появлению в сосудах мозга бляшек из токсичных белков, по мнению ученых, имеют отношение к механизму очищения мозга.
Обновление клеток головного мозга
Еще один немаловажный плюс сна – во время сна обновляются клетки головного мозга . Сон увеличивает вырабатывание клеток, какие в будущем составляют мозговой материал. Он обороняет структуру головного мозга. Миелин выполняет «ремонт» мозга и защищает людей от появления таких болезней, как рассеянный склероз или слабоумие.
Особенно воспроизведение миелина вырабатывается в фазах быстрого сна, но все же это еще зависит от генных свойств. Также ученые установили, что если недосыпание становится хроническим, то иммунная система начинает разрушать миелин . А он окружает нервные окончания в головном мозге.
Ученые Калифорнийского университета рассматривали, как в период сна мозг человека ведет борьбу с негативными воспоминаниями .
Механизм борьбы со стрессом заложен во время сна, где происходят химические процессы, которые и помогают нам преодолеть стресс и одолеть плохие воспоминания.
Во время эксперимента людей разделили на две группы и демонстрировали им изображения, они должны были вызвать разные эмоции. Потом одной группе обследуемых дали несколько часов поспать, а другую группу лишили сна. Пока люди спали, ученые определяли циркуляцию крови в головном мозге при помощи МРТ.
Обнаружили, что активность в отделах мозга, которые связаны с , была гораздо ниже, чем в участках мозга, которые отвечали за логику. Когда потом, обследуемым, продемонстрировали те же картинки второй раз, их реакция не была такой бурной. Другие участники, которые не спали, значительно эмоциональнее отреагировали на снимки и во второй раз. Ученые выяснили, что это связано с химическими преобразованиями, которые были у обследуемых в период фазы быстрого сна.
О пользе дневного сна
Еще можно несколько слов сказать на защиту дневного сна, его пользы для человека. Во первых человек, который отдыхает, лучше работает.
Дневной сон улучшает трудоспособность, концентрацию внимания, восстанавливает силы, улучшает настроение. Те участники эксперимента в Калифорнийском университете, которые спали днем 1,5 часа, показали лучшие результаты при сдаче тестов и экзаменов, чем те участники, которые от дневного сна отказались.
Хотелось бы вспомнить, что для полного отдыха и расслабления человеку требуется спать 9 часов в сутки, но почти все, в большинстве случаев спят 7 – 8 часов. Эффективнее мозг отдыхает с 22.00 до полуночи. Если человек не выспался, то пользы от такого сна мы не получим. Сон менее 5 часов и более может вызывать бессонницу и быть причиной некоторых заболеваний.
Некоторые люди спят, наоборот, больше количество времени, чем рассчитано нормой, но этого делать не рекомендуется, поскольку это может быть основой для возникновения таких болезней как диабет, ожирение, могут быть частые головные боли и бессонница.
Интересным также является то, что человек может не спать, по мнению ученных 5 суток, потом он может погибнуть. Но были в истории случаи, которые были рекордными, когда человек не спал 19 суток. Что, конечно же, подтверждает позитивное влияние сна на все физиологические процессы в организме.
И в завершении , узнав о пользе сна , хочется всем пожелать крепких и приятных снов в комфортных условиях, чтобы потом отдохнувшими и полными сил и энергии приступить к покорению новых вершин.