Сон у всех видов
Практически у всех видов недостаток сна приводит к разрушительным последствиям для здоровья, включая (но не ограничиваясь ими) проблемы с памятью, проблемы с координацией, увеличение веса, болезни сердца и даже смерть. Это сохраненное поведение сна, хотя оно все еще плохо изучено, восстанавливает функции организма и заряжает мозг и тело, позволяя организмам получать энергию для эффективного выполнения задач на следующий день. Повсеместность сна связана с хорошо зарегистрированными сходствами между мозгами животных. Независимо от того, ведет животное ночной или дневной образ жизни, дремлет постепенно в течение дня или спит полные 8 часов ночью, как это делают люди, циркадные ритмы определяют время многих повседневных действий. Такие биологические часы и соответствующие им гормоны контролируются гипоталамусом, хорошо известной структурой, которая контролирует многие гомеостатические функции организма. Его функции, по-видимому, достаточно ясны, если понимать только нормальноечеловекмозг, в котором средняя рекомендуемая продолжительность сна может быть временно отменена стрессом, проблемами со здоровьем и кофе, но для животных, не являющихся людьми, переопределение может происходить в разных формах, что применимо к развивающемуся неврологическому модельному организму. Входит: воробей в белой короне.
Воробей
Непритязательный белоголовый воробей (WCS), похоже, находит способ избежать естественного влечения ко сну во время своих ежегодных миграционных периодов. Считается, что WCS способен бодрствовать в течение двухнедельного 2600-мильного путешествия от Аляски до Южной Калифорнии (и обратно) без каких-либо заметных когнитивных или физических нарушений. В то время как всего одна ночь напролет может испортить обычную неделю студента колледжа, эти воробьи постоянно летают и преодолевают большие расстояния, избегают хищников и находят пищу в новых условиях в течение 14 дней и ночей подряд.
Вы можете задаться вопросом, как спит любая птица, мигрируя через континенты? Хотя большинство птиц ведут дневной образ жизни (бодрствуют днем), во время миграции они меняют свой график сна, чтобы летать ночью и отдыхать днем. Этот отдых часто состоит из множества коротких дремот, которые длятся около девяти секунд. Иногда птицы даже спят во время полета, используя ровно столько мозговой активности, чтобы оставаться в курсе того, что их окружает. Но, похоже, ни то, ни другое не относится к WCS, что показывает как поведенческие, так и нейрофизиологические признаки бодрствования как днем, так и ночью.
В Университете Висконсина исследователи тщательно изучили разницу между миграционным и немиграционным поведением WCS, используя восемь воробьев в неволе. Используя инфракрасные мониторы активности, они впервые обнаружили, что уровни активности этих воробьев в неволе следуют тенденциям, как если бы они все еще находились в дикой природе. В течение весны (с марта по июнь) и осени (с августа по декабрь), которые являются периодами миграции воробьев, WCS демонстрировала увеличение физической активности (включая прыжки вокруг вольера и хлопанье крыльями) в течение дня и ночи.
Для подтверждения этих поведенческих наблюдений исследователи использовали электроэнцефалографические (ЭЭГ) и электромиографические (ЭМГ) показания мозговых волн и мышечного тонуса WCS. В периоды без миграции показатели мозга и мышц воробьев соответствовали показателям других птиц. Они следовали нормальным суточным циркадным ритмам с короткими циклами сна (2,5 минуты nREM, 8 секунд REM) в течение всей ночи. В отличие от людей, мышечный тонус птиц ночью остается высоким, поскольку они обычно спят на насесте, а не лежа. Когда исследователи наблюдали за туалетами в периоды миграции, они обнаружили сокращение времени сна на 63%, при этом период быстрого сна переместился на более раннее время ночи.
Используя повторное задание по сбору данных, в котором воробьи реагировали на световые стимулы и клевали определенный свет для каждого сеанса (получая обратную связь о правильности после), когнитивная функция WCS проверялась в течение года. Удивительно, но исследователи обнаружили, что их точность оставалась относительно постоянной (50-70% правильных ответов), с максимальной правильностью в осенний миграционный период и самой низкой в зимний немигрирующий период. Кроме того, при сравнении влияния лишения сна на когнитивные способности было обнаружено, что воробьи в миграционный период не проявляют побочных эффектов, в то время как воробьи в немигрирующий период демонстрируют гораздо худший результат в задаче сбора. Очевидно, что во время миграции когнитивные функции WCS не страдают от бессонницы, как у человека.
Поскольку эти воробьи были протестированы в неволе, возможно, что у диких птиц наблюдается какой-то другой механизм сна, который исследователи не смогли зафиксировать. Ведущие теории состоят в том, что воробьи испытывают некоторый однополушарный медленный сон во время полета или находят способ избежать сна вообще. Существует также предположение, что снижение уровня мелатонина (гормона, отвечающего за засыпание) может дать нейрохимическое объяснение поведению воробьев. В любом случае, WCS нашел способ нарушить кажущийся естественным закон о том, что все виды должны спать или столкнуться с последствиями.
Дальнейшие применения
Конечно, людям не нужно перемещаться по странам или убегать от хищников в повседневной жизни, но наличие стратегии естественного бодрствования дольше может пригодиться. Оптимизация процесса, позволяющего быстрее засыпать или быстрее погружаться в глубокий сон, изучалась десятилетиями. Изучение нечеловеческих видов и анализ способов, с помощью которых люди могли бы использовать такие стратегии, было горячей темой исследований для военных, возможно, для создания бессонных “суперсолдат” (солдат, которые могут бодрствовать неделями), используя те же механизмы, что и WCS. Однако, учитывая сложность изучения диких птиц в действии, исследователи перешли к дельфинам как к ключу к тому, чтобы избежать сна. Дельфины способны оставаться частично бдительными в любое время во время однополушарного сна, что означает, что только половина их мозга спит одновременно во время nREM. Это делается для того, чтобы избежать хищников и утопления во время сна. Ученые полагают, что это возможно у людей, но не уверены в пользе, которую это принесет. Исследования могут быть продолжены в отношении нескольких других организмов, которые, как известно, не требуют почти такого же количества сна, как люди: лягушек-быков, жирафов, китов.
Жизнь без сна?
Итак, хотели бы вы прожить жизнь без сна? Что бы вы сделали, если бы вам нужно было спать только каждые две недели? Возможно ли, что люди могут даже обучить определенные части своего мозга “включаться” и “выключаться” по команде для более эффективного сна, так же просто, как выключатель света? Универсальный характер сна у разных видов только подчеркивает его важность, и возникает вопрос, должны ли мы пытаться найти способы избежать его вообще. Сон имеет для человека не только физическое значение. Это крайне важно для нашего психического здоровья. Некоторые из наиболее важных частей сна - это консолидация памяти и обработка эмоций. Кроме того, было обнаружено, что недостаток сна связан с ухудшением способности сохранять положительные эмоциональные воспоминания, что видно по корреляции между депрессией и бессонницей.
На данный момент не существует нейротехнологий, предотвращающих засыпание на какое-то время, но есть технология, используемая для улучшения сна, что является гораздо более здоровым вариантом. Исследователи из Университета Уэйк Форест разработали неинвазивное устройство, которое использует реляционное резонансное электроэнцефалическое зеркальное отображение (HIRREM) с высоким разрешением для облегчения симптомов хронической бессонницы. По сути, используя электроды на коже головы, устройство записывает мозговые волны пациента, передает их в алгоритм и отражает звук в реальном времени через наушники. Предполагается, что звук помогает сбалансировать мозговые волны, уменьшая повышенное возбуждение, связанное с бессонницей. Через четыре месяца после получения десяти 60-минутных процедур 78% участников исследования не сообщили об отсутствии симптомов бессонницы. Более широко известны и доступны браслеты или ЭЭГ-гарнитуры, которые люди используют для отслеживания своего сна и качества сна, что также дает рекомендации о том, как лучше спать.
Изучение нечеловеческих видов и анализ способов, с помощью которых люди могли бы использовать различные стратегии сна, используемые другими животными, были горячей темой исследований. Однако, в конце концов, люди и птицы очень разные, и трудно применить потребности одного к другому. Вместо того, чтобы искать способ позволить людям бодрствовать неделями подряд, вполне возможно, что исследования WCS могут дать способы, позволяющие людям оставаться более бдительными в течение дня, спать более эффективно или лучше восстанавливаться после ночи с меньшим количеством сна. Это прорывы, которые могут быть полезны для всех во всем мире.