Причина этого — сложнейшие биохимические процессы, в которых принимают участие не одна и не две структуры мозга, а целая сеть. Как же происходит взаимодействие и «переключение» бодрствования на сон? Как развивается сон, и когда приходят сновидения? Почему иногда, просыпаясь от звонка будильника, мы чувствуем себя способными свернуть горы, а иногда раздраженно готовы крушить все вокруг?
Мир сновидений
Сомнология — наука, изучающая сон — появилась сравнительно недавно, ибо возраст первых фундаментальных исследований в области «царства Морфея» не превышает 120 лет. До этого сну придавалось мистическое значение, как пограничному состоянию между жизнью и смертью.
Аристотель говорил: «Сон, по‑видимому, принадлежит по своей природе к такого рода состояниям, как, например, пограничное между жизнью и не жизнью, и спящий и не существует вполне, и существует».
Великий врач древности Гиппократ полагал, что сон возникает в результате оттока крови и тепла от головы во внутренние области тела. Это объяснение владело умами европейских ученых и принималось на веру почти две тысячи лет. В одном Гиппократ был прав: причины погружения человека в мир сновидений нужно было искать в голове.
Такой механизм возможен благодаря взаимной блокировке центров засыпания и пробуждения. Как только одна из сторон получает преимущество, вся система моментально переходит в противоположное состояние. Чтобы она не переключалась поминутно туда-обратно, орексин возбуждает все центры бодрствования, не подавляя при этом центр сна.
Этот небольшой дисбаланс осложняет переключение как раз настолько, чтобы мы относительно редко переходили от сна к бодрствованию и наоборот. Для перехода ко сну необходимо, чтобы система возбуждения ослабла, а активность центра сна усилилась. Этот медленный процесс знаком каждому как постепенно нарастающее утомление.
Центр бодрости
Именно в мозговом стволе располагаются ядра, которые концентрируют в себе все импульсы от чувствительных рецепторов, идущие в мозг. Длинные отростки (аксоны) нейронов ретикулярной формации соединены с корой больших полушарий и с нейронами спинного мозга. В саму ретикулярную формацию также идут нервные волокна от коры и от спинного мозга, так что образуется сложная система с обратной связью. Сигналы от ретикулярной формации (ретикулярный разряд) запускают механизмы бодрствования в коре головного мозга, а кора в свою очередь управляет состоянием ретикулярной формации.
Ларец со сном
Гипоталамусом, так как расположен под таламусом — областью мозга, перераспределяющей сигналы от органов чувств. Если бы мы могли вставить указательный палец прямо в голову на уровне переносицы, то уперлись бы именно в ту ямку, где он разместился, — «турецкое седло». Гипоталамус — один из важнейших центров, управляющих вегетативной нервной системой, регулирует, в частности, температуру тела, кровяное давление, аппетит, сексуальную потребность и жажду.
В гипоталамусе действительно есть специальный участок, который активизируется при засыпании, — вентролатеральная преоптическая область (ВЛПО). Аксоны нейронов из ВЛПО идут вниз, в области, которые поддерживают бодрствование. И наоборот, чтобы не дать нам заснуть, центру бодрости нужно иметь связь с гипоталамусом, так что нервные волокна идут и снизу вверх.
Клетки в передней части гипоталамуса представляют собой центр засыпания, который с помощью своих аксонов подавляет центры бодрствования в стволе мозга, включающем средний мозг и мост мозга. Этот процесс в конечном счете приводит к засыпанию. Вся «сонная система» представляет собой сеть из нескольких взаимосвязанных между собой узлов, переключающихся особым образом в определенные моменты времени и регулирующих сон и бодрствование.
Мозговое противоборство
- Первая часть общей системы «сон-бодрствование» — тормозящая система. Это ВЛПО в переднем гипоталамусе, от которой к системе бодрствования направляется волна торможения, и это приводит к переводу мозга в «спящий режим». С точки зрения биохимии главной «тормозной жидкостью» системы является гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).
Воздействуя на специальные рецепторы, она подавляет активность нейронов. ГАМК-рецепторы — это канал в мембране клетки, окруженный большими белковыми молекулами, которые могут менять свою пространственную структуру (условно говоря, «разворачиваться» или «сворачиваться»).
При связывании ГАМК с рецепторами просвет канала увеличивается, через него проходит больше ионов хлора, что приводит к снижению электропроводимости мембраны клетки — делает ее менее чувствительной к электрическим воздействиям. А это приводит к угнетению импульсной активности — клетка «снижает обороты» с резвого «галопа» до спокойного «шага».
- Вторая часть системы — это система возбуждения, которая базируется на восьми нервных узлах, образующих два параллельных пучка. По ним волны возбуждения проводятся к коре больших полушарий. Один пучок начинается в ретикулярной формации (это ствол головного мозга), другой — в так называемом синем пятне (Locus coeruleus).
Находящиеся здесь клетки вырабатывают большую часть всего имеющегося в мозге возбуждающего нейромедиатора норадреналина. Область отвечает за возникновение страха и паники, а также за значительную часть нашего возбуждения.
Есть и другие нейромедиаторы (дофамин, серотонин и другие), но они связаны с иными процессами в мозгу. Тем не менее существует еще один специфический сонный нейромедиатор. В боковом (латеральном) гипоталамусе находится несколько десятков тысяч нервных клеток, вырабатывающих особый нейромедиатор орексин (гипокретин). Если орексина слишком мало или если в мозгу не хватает соответствующих ему молекул-рецепторов, возникает редкая болезнь — нарколепсия, которая характеризуется внезапными приступами сонливости и засыпания.
Внутренний ритм
Однако это только часть механизма сна. Как и вся живая природа, люди живут в соответствии с собственными внутренними ритмами, которые завязаны на циклы смены дня и ночи. Есть время, когда человек предрасположен ко сну, а есть время для активной работы. У организма есть «биологические часы» — мелатонинергическая система. Главные игроки в ней — супрахиазмальные ядра гипоталамуса и шишковидное тело (эпифиз), находящиеся в промежуточном отделе мозга.
Когда на сетчатку глаза попадает свет, информация об этом идет в супрахиазмальные ядра гипоталамуса (малые часы), и потом, пройдя длинный путь, попадает в шишковидное тело, или так называемый третий глаз, который служит очень многим животным, к примеру рептилиям и птицам, детектором уровня освещенности.
У человека в процессе эволюции большие полушария мозга значительно увеличились, закрыв эпифиз, и он потерял связь со светом. Пришлось природе «придумывать» весь этот сложный и существующий ныне путь регуляции синтеза «сонного» гормона.
В эпифизе производится мелатонин — гормон ночи и темноты. Когда вечером снижается уровень освещенности, начинается выработка мелатонина, передающего клеткам сигнал об «окончании рабочего дня». Основная его функция — тормозное воздействие на супрахиазмальные ядра, через которые осуществляется активация систем бодрствования.
Этот процесс можно сравнить с работой термостата, поддерживающего в холодильнике определенную температуру. Чем дольше мы живем активной жизнью, тем с большей силой центр засыпания испытывает потребность щелкнуть переключателем на сон. Чем дольше мы спим, тем меньше потребность в сне, так что в какой-то момент система бодрствования берет верх, и мы просыпаемся и чувствуем, что выспались.