Сон и мозг

Тайна сна

После первой мировой войны страшная болезнь распространилась по Европе - инфекция, вызванная вирусом Encephalitis lethargica и часто приводящая к смерти. Ранние стадии этого заболевания характеризовали лихорадка и возбуждение, после нескольких недель их сменяли летаргия и сонливость и, наконец, возникал неестественно долгий сон.

Возник вопрос: какая из структур мозга несет ответственность за эту патологическую тягу ко сну? Когда ткань мозга больных, погибших от этой болезни, исследовали под микроскопом, то стало очевидно, что инфекция связана с поражением клеток межуточного мозга (диэнцефалона). Было ли это причиной патологического сна? Позднее, в 1920-е годы, опыты на животных позволили ученым более детально изучить структуры мозга, вовлеченные в регуляцию сна.

В то время обсуждался главным образом один принципиальный вопрос, вызывавший страстные споры среди специалистов: является ли сон пассивным процессом, вызванным лишь прекращением состояния бодрствования, как об этом писал еще римский поэт Лукреций? Или же это активный процесс, возникающий в каких-то мозговых центрах? Наиболее известным сторонником первой точки зрения был бельгийский нейрофизиолог Фредерик Бремер. В 30-е годы 20-го века он своими опытами пытался доказать, что состояние бодрствования поддерживается только до тех пор, пока сенсорные стимулы от окружающей среды бомбардируют мозг. Бремер показал, что после перерезки нервных путей, соединяющих органы чувств с мозгом, у лабораторных животных возникает состояние непрерывного сна. Это открытие, казалось, подтверждало предположение, что сон есть пассивный процесс, возникающий, когда отсутствуют активирующие влияния.

Главным представителем противоположной точки зрения был Вальтер Гесс, профессор физиологии Цюрихского университета, а позже лауреат Нобелевской премии по медицине. Он был одним из первых, кто разработал методику изучения эффектов электрического раздражения мозга на поведение с помощью постоянно введенных в определенные отделы мозга лабораторных животных тонких металлических электродов. Сравнительно недавно врачи применили эту процедуру для лечения больных, в частности для выявления и устранения эпилептического фокуса в мозге. Поскольку ткань самого мозга не чувствительна к боли, то ни имплантация электродов, ни электрическая стимуляция не болезненны для пациентов.

Гесс обнаружил, что электрическое раздражение некоторых областей мозга может вызывать у животного определенную последовательность поведенческих актов; животное ищет место для отдыха, затем принимает характерную позу сна и наконец засыпает. Животное легко можно пробудить, но пробуждающий стимул должен быть не ниже некоторого определенного уровня интенсивности - в точности так, как это происходит при естественном сне. После электрической стимуляции мозга через предварительно вживленные электроды животные могут спать несколько часов. Особенно легко можно было вызывать сон, если кончики электродов располагались в определенных областях межуточного мозга.

Результаты профессора Гесса заставили усомниться в теории пассивного сна, так как в его опытах сон вызывался стимуляцией мозга, а не просто удалением внешнего сенсорного раздражения. Характерной для Гесса целостной точкой зрения на функции мозга было то, что он не рассматривал сон отдельно от других физиологических процессов. В 1931 году он писал: "Наши попытки прояснить природу и механизм сна основаны на предположении, что эта проблема не может быть разрешена сама по себе, но только в ходе анализа целостной функциональной структуры всего организма". Гесс предположил существование двух фундаментальных функциональных состояний: эрготропного состояния (от греческого "направленный на деятельность"), которое преобладает у человека и дневных животных днем и при котором организм способен к проявлению активных форм поведения, таких как нападение или борьба, и трофотропного состояния ("направленный на питание, пополнение запасов" - по-гречески), во время которого организм сохраняет энергию, восстанавливается и избегает излишне сильного напряжения. Гесс рассматривал сон как "особую функцию, возникающую как часть общей трофотропной (парасимпатической функции)".

Противоречия между представлениями об активной или пассивной природе сна вновь всплыли в конце 1940-х годов, когда Джузеппе Моруцци, профессор Пизанского университета, и американский физиолог Горас Мэгун обнаружили, что электрическое раздражение ствола мозга вызывает моментальное пробуждение животного. Для того чтобы понять, в чем смысл этих опытов, необходимо вникнуть в некоторые анатомические подробности. Существует обширная сеть нервных клеток, проходящая вдоль всего ствола; их волокна простираются как вверх до самых передних отделов мозга, так и вниз в спинной мозг. Эта сеть называется ретикулярной формацией (от латинского слова "ретикулум" - сеть). Экспериментальные данные Моруцци, казалось, подтвердили, что это и есть первичная активирующая структура, стимуляция которой приводит к пробуждению.

Однако вскоре дальнейшие исследования показали, что ситуация гораздо более сложна. Показано, что электрическое раздражение задней (каудальной) части ретикулярной формации у лабораторных животных вызывает не пробуждение, но, наоборот, погружение в сон.

Существование двух различных областей в стволе, одна из которых вызывает сон, а другая тормозит его, было продемонстрировано в изящном эксперименте. Группа итальянских нейрофизиологов вживляла канюли (тонкие трубочки) в сосуды, снабжающие кровью передние и задние отделы ствола. Когда они вводили анестезирующее вещество в передние сосуды, то возникал "сон", так как при этом подавлялась деятельность активирующих отделов ствола. Но еще более интересно, что когда то же самое вещество вводили в задние сосуды, то спящее животное пробуждалось, потому что теперь происходило торможение структур, ответственных за сон. Одно и то же вещество могло вызывать то сон, то бодрствование в зависимости от места введения!

Согласно современным представлениям, сон и бодрствование нужно рассматривать как два различных, но равнозначных состояния, ни одно из которых не может быть объяснено просто как прекращение или отсутствие другого. Хотя активация определенных структур в мозге может способствовать возникновению того или другого, какого-то единого центра сна или бодрствования в мозге не существует. Если исследовать активность одиночных нервных клеток в мозге, то обнаружится, что большинство из них активны в обоих состояниях - и во сне, и в бодрствовании. Изменяется лишь характер их разрядов. Несколько преувеличивая, можно сказать, что когда мы спим, то наш мозг не спит, а продолжает свою деятельность.

Александр А. Борбели, 1989 год