Время, чтобы вставать и ложиться спать, чтобы чувствовать себя бодро или сонно — все это определяют циркадные ритмы человека. Принято считать, что они зависят от солнечного света: когда светло, мы работаем, когда темно — спим.
Однако еще в XX веке ученые доказали, что организм может регулировать эти ритмы самостоятельно, не имея доступа к естественному освещению. Правда, с некоторыми оговорками.
Эксперимент в бункере
В 1962 году немецкий физиолог Юрген Ашофф на несколько недель поселил добровольцев в бункере. В ходе эксперимента у них не было доступа ни к часам, ни к выходу на улицу, поэтому время они определяли исключительно по ощущениям. Участники занимались своими делами и могли включать и выключать свет, когда захотят, ложиться и вставать, когда посчитают нужным.
В это время сам Ашофф записывал психологические и физиологические показатели добровольцев, включая время подъема и отхода ко сну, температуру тела, объем мочи и так далее.
По результатам исследования удалось сделать два вывода:
1. Цикл сна-бодрствования регулируется организмом и без помощи солнечного света или будильника.
2. Внутренний ритм организма отличается от реального времени примерно на час.
Причем здесь мухи?
В 70-е годы прошлого века ученые смогли объяснить, почему даже под землей, без доступа к солнечному свету, мозгу удается как по часам регулировать активность организма, всплески энергии и накопление гормона сна, мелатонина.
За это отвечают гены и нейроны, точнее, определенное скопление нейронов.
Генов, которые регулируют циркадные ритмы, довольно много. В 1971 году ученые Рон Конопка и Сеймур Бензер из Калифорнийского технологического института изучили поведение мух-дрозофил. Выяснилось, что стандартная продолжительность дня для них составляет 24 часа, как и у людей. Однако некоторые мушки проходили этот цикл за 19 часов, а некоторые — за 29. Был и четвертый тип дрозофил: биологические часы у них сбились, поэтому время сна и бодрствования у них чередовалось хаотично.
Изучив этот феномен, ученые пришли к выводу, что за регулирование цикла сна-бодрости отвечает определенный участок Х-хромосомы. Этот ген назвали Per (от английского слова Period).
Затем у дрозофилы открыли еще один ген, отвечающий за циркадные ритмы, позднее схожий ген нашли у нейроспоры. В конце концов выяснилось, что «часовые» гены есть у всех млекопитающих, и генов этих много.
Биологические часы под время суток подстраивает крошечное ядро в мозгу
За синхронизацию внутренних ритмов, которые управляются генами, отвечает супрахиазматическое ядро (СХЯ). Это довольно неизвестное, но очень важное скопление примерно 10 тысяч нейронов. Оно расположено в гипоталамусе — участке мозга, который обеспечивает работу эндокринной и автономной нервной системы. Вместе эти системы поддерживают саморегуляцию (гомеостаз) организма.
Несмотря на то, что вес гипоталамуса составляет всего 4-5 граммов, этот маленький участок отвечает за множество механизмов жизнедеятельности — от эмоций до температуры тела. Всего в гипоталамусе более 30 ядер, супрахиазматическое — лишь одно из них.
Активность нейронов в СХЯ регулируется световыми сигналами, которые поступают от сетчатки глаза. Таким образом, большое количество света заставляет нас чувствовать себя бодро.
А когда солнце заходит за горизонт, супрахиазматическое ядро посылает эту информацию в эпифиз. Тот, в свою очередь, начинает синтезировать гормон сна — мелатонин.
Несмотря на то, что период активности нейронов колеблется от 20 до 28 часов, коллективно им удается отрегулировать цикл активности человека до 24-25 часов. Предположительно, такая продолжительность времени сна и бодрствования выработалась у человека с ходом эволюции — организм и все его системы адаптировались к продолжительности светового дня.
Иногда мы сами мешаем СХЯ нормально функционировать
Эпифиз начинает активно вырабатывать мелатонин, когда получает сигнал о наступлении темноты. Чем больше в организме мелатонина, тем больше хочется спать и, что главное, тем легче будет уснуть.
Соответственно, если допоздна сидеть в ярко освещенном помещении или смотреть в экран гаджета, а затем сразу отправиться спать, то мозг такой резкой смены обстановки не поймет. Яркий свет, особенной синий от гаджетов, снижает выработку мелатонина. Из-за этого даже при сильной усталости могут возникнуть проблемы с засыпанием или бессонница.
О том, как уснуть даже в самую беспокойную ночь, мы рассказывали здесь. Если трюк с приглушенным светом и выключением гаджетов не сработает — есть еще пара приемов.
Еще больше интересного — у нас в Telegram-канале.