Заснуть краешком мозга

Биолог Влад Вязовский установил: участки мозга время от времени впадают в настоящий сон — даже когда кажется, что организм бодрствует; и чем сильнее усталость, тем больше нейронов выключается — отсюда ошибки, которые делает сильно уставший индивид

Фото: Getty Images/Fotobank
Фото: Getty Images/Fotobank
+T -
Поделиться:

Мы же никогда не спим! Мы носимся со встречи на встречу, с совещания на совещание, оттуда в спортзал и потом еще в кино… Ну да, случается, что глаза сами собой слипаются, раздается храп и ниточка слюны предательски тянется прямо на протокол заседания, но это понятная история; в остальное время мы стараемся выжать максимум из своего несчастного мозга, и вроде как нам это удается… Все не так!

Оказывается, при усталости мозг начинает по чуть-чуть спать, хотя его обладатель кажется окружающим бодрствующим. Засыпают отдельные нейроны и группы нейронов; узнать об этом можно по тем ошибкам, которые начинает делать мозг, лишенный части производительных мощностей. «Вероятно, такое частичное выключение — это способ экономии энергии», — предполагает автор статьи, которая только что вышла в журнале Nature, биолог из университета Висконсина и участник проекта «Сноб» Владислав Вязовский.

Влад не мучил своих крыс — он их развлекал. Когда утром включался свет и зверькам было пора спать (крысы — ночные существа), начиналась афтерпати: им подкладывали в клетку новые игрушки, через некоторое время забирали, потом давали задание на моторную координацию (достать одним движением лапы комочек сахара сквозь щель), потом — новые игрушки, и так по четыре часа. Грызуны были очень увлечены исследованием новых объектов, не спали, но вот задание начинали выполнять все хуже и хуже.

Каждый зверек носил в голове пучок тончайших (одну тридцатую миллиметра) электродов, которые измеряли активность отдельных нейронов по всей коре их мозга; и вот к концу четвертого часа выяснялась замечательная вещь. Усталые нейроны начинали по 30 раз за минуту впадать в очень короткий сон (длившийся около одной десятой доли секунды). Чем больше уставало животное, тем больше нейронов засыпало. «Удивительно, что засыпать могут отдельные участки коры или даже отдельные нейроны, в то время как их соседи сохраняют полноценную активность», — говорит Вязовский.

Словом, все как в этой бессмертной миниатюре Мамонова, только драма разворачивается прямо в бодрствующем мозге:

Выходит, нельзя быть слегка беременным, но можно быть чуть-чуть спящим. Эта мысль потрясла меня настолько, что я теперь все время смотрю на своих несчастных друзей-трудоголиков и мысленно задаюсь вопросом: «Хорошо, дорогой, все, что ты сейчас мне тут сказал, конечно, очень интересно, но все же — каким местом ты спишь, когда вот сейчас со мной разговариваешь?»

Читайте также

Комментировать Всего 26 комментариев

Выходит, в какой-то момент число заснувших нейронов делается критическим, и «эпидемия» сонливости разбегается по всей коре, мы засыпаем. Верно?

Да, и это делает тему особенно интересной: мы не знаем, как наступает сон, как мозг переходит из свойственного ему режима «разнобоя» — в высокосинхронный режим, когда все нейроны спят.

У меня бывает, что за секунды до засыпания мне приходят очень важные мысли, просто-таки экзистенциальные откровения.

Это довольно естественно, потому что в этот момент засыпают какие-то участки, а другие — бодрствуют; мозг работает в особом режиме, и это может давать новый взгляд на вещи.

Илюша! Эврика! (и не спрашивай, как меня занесло сегодня в этот блог - не знаю). Я ровно в таком состоянии пишу больше половины своих стихов!!! Научилась вставать как зомби и записывать. Утром расшифровываю и иногда ооочень удивляюсь. Но радуюсь !!!

Эту реплику поддерживают: Илья Колмановский, Владислав Вязовский

Меня разочаровало, что ваши крысы начали ошибаться: я было подумал, что нейроны наловчились нести вахту по очереди, продлевая тем самым работоспособность мозгу в целом...

Не огорчайтесь: отчасти так и есть. Вопрос в количестве: когда заснувших нейронов уже слишком много — вот тогда начинаются ошибки. Жаль, что ни крысы, ни мы не можем жить как дельфины и утки: у них полушария спят по очереди, что особенно полезно во время миграций и чтобы следить за хищниками одним глазом.

Как знать — возможно, мы когда-нибудь научимся настолько хорошо управлять деятельностью мозга, что оптимизируем это «несение вахты» какими-нибудь стимулирующими электродами — и научимся не спать?

Почему бы и нет? Только сначала нам придется выяснить, зачем вообще нужен сон, как мозг принимает решение перейти в этот режим и почему мы должны проводить в нем треть жизни — пока у нас есть лишь очень смутные представления на этот счет.

Владислав, поздравляю с интересным исследованием. Результаты выглядят очень убедительно. Вы показали, что с увеличением сонливости увеличивается удельный вес "глобального сна" в коре (по сравнению с локальным). А есть какая нибудь корреляция между соотношением глобального/локального сна в коре и собственно засыпанием в смысле "потерей сознания"? Например, происходит ли какое-то скачкообразное увеличение веса глобального сна в коре в этот момент? Было бы здорово обнаружить такой коррелят между сознанием и глобальной активностью нейронов.

Эту реплику поддерживают: Владимир Невейкин, Сергей Любимов, Iryna Sukhanenko

Однако засыпание не обязательно связано с "потерей сознания" Судя по описаниям, люди, достигшие осознанности сохраняют ее - т.е. и сознание и во сне. И даже я читал, что были эксперименты, подтверждавшие это. При интенсивной работе я не раз замечал, что могу спать и одновременно решать какие-то вполне реальные проблемы - и не в режиме сноведений, а в каком-то отдельном режиме и субъективно достаточно долго. На кчестве сна это не сказывается. То же самое и в осознанных сноведениях - есть сон, есть сноведения, но есть и их осознание и управление ими.Возможно это связано с отсутствием торможения в каком-то участке коры - но тогда странно, почему это не сказывается на качестве сна. Скорее всего это можно обяснить мерцающим отдыхом или части нейронов во сне, или же мерцающим отдыхом отдельных зон. Но тут еще конечно надо решить вопрос, насколько осознание есть феномен отдельный от сознания.

Возможно это и так, но очевидно, что такой весьма чётко определённый переход к бессознательному состоянию существует, причём мы все его испытываем хотя бы раз в день. Мне был бы интересен именно этот переход, а не возможность сна без такого перехода.

Мне тоже, однако мне кажется за переход к бессознательному состоянию отвечает торможение в каких-то локальных участках коры. В студенческие годы я помню, как спал стоя, в переполненном или не очень вагоне метро - и при этом никогда не пропускал остановку, или сон на лекциях и научных докладах - потеря сознания но без потреи самоконтроля. Так что скорее всего потеря сознания связана с торможением конкретно области - или ряда областей коры. В полноценном сне это торможение должно быть более обширным..

Да, это тоже вопрос очень интересный: насколько мы функциональны без сознания. Однако в Вашем случае возможно и другое объяснение: Вы находились в сознании, но память работала так плохо, что всё что происходило в вагоне метро мгновенно забылось и в последствии воспринималось как потеря сознания (сон). Это же относится и к "автоматическим" действиям вроде вождения машины. Отсутствие воспоминания о пересечении перекрёстка не означает, что Вы пересекли его бессознательно, то есть когда сознание было полностью отвелечено на что-то другое.

Нет, я различаю эти два состояния - кратковременная потеря памяти или погружение в себя, когда окружающего просто не замечаешь. В метро все же речь шла о сне, даже со сновидениями, но без полной потери контроля над состоянием мускулатуры, поддерживающей тело в устойчивом положении и с реакцией на сверхпороговые воздействия.Кстати, я обращал внимание, как спящие кошки чутко поводят ушами при раздающихся шорохах.

Мне кажется, что хотя связь между уровнем сознания и глубиной сна (или тем насколько сон "глобален") на первый взгляд очевидна, объективно показать это очень трудно. С одной стороны, мне кажется (и не только мне), что само определение сна требует пересмотра. Где находится граница между бодрствованием и сном? Переход от одного состояния мозга в другое постепенен - это скорее континуум. Хотя я могу себе представить, и совершенно с Вами согласен, что чем больше нейронов засыпает, тем легче "заснуть" и остальным нейронам, хотя бы потому что они лишаются части возбуждающих влияний, и когда засыпает какая-то определённая критическая масса нейронов, процесс может распространяться лавинообразно. Я разговаривал сегодня с одним коллегой по этому поводу и он предположил, что происходит что-то вроде "фазового перехода" от бодрствования к глобальному сну. Я также совершенно согласен с Вашим предположением, что переход от бодрствования через локальный сон к глобальному сну будет происходить параллельно с потерей сознания. Но здесь возникает другой вопрос - как собственно измерить сознание. Казалось бы мы все субъективно знаем что это, но в чём оно измеряется - непонятно. Например, до сих пор, чтобы дианостировать вегетативных пациентов главным критерием служит то, что они не отвечают на вербальные стимулы. К счастью сейчас мы узнаём больше и больше о том, что на самом деле происходит в мозге предположительно бессознательных пациентов в вегетативном состоянии или коме, например, благодаря исследованиям лаборатории Стивена Лориса. Директор нашей лаборатории в Мэдисоне, Джулио Тонони, много лет назад предложил теорию сознания, которая предполагает, что глобальная синхронизация должна сопровождаться потерей сознания, и это очевидно, например для сна, эпилептических судорог или общего наркоза, но прямых экспериментальных доказательств этому нет и наверное не будет, до тех пор пока мы не сможем измерить сознание объективно.

Сравнение перехода из состояния бодрствования в состояние сна напрашивается, но надо аккуратно использовать эту аналогию. Даже Ваши работы показывают, что нет засыпания "в точке", а есть смешанные состояния между сном и бодрствованием, например известная полудрема.Т.е. как фазовый переход первого рода засыпание рассматривать нельзя. А вот как фазовый переход второго рода, когда скачкообразно меняются первые производные - может быть и можно. Здесь неплохо просматриваются аналогии с критическими явлениями в фазах или с фазовыми переходами в ферромагнетиках. Правда, первоначально следует определиться, о переходе какого свойства мы говорим.Если упрощенно - состояние бодрствование - сотояние - сон, то сразу возникает вопрос о способе их измерения, при том что крайне желательно не допускать смешанных состояний. И по какой переменной мы проводим дифференцирование. Производная по времени думаю действительно может меняться скачкообразно, но использование "кинетической" характеристики для фазового перехода сомнительно.

Эту реплику поддерживают: Владислав Вязовский

Видимо, глобальная синхронизация это что-то вроде idle state (нулевого состояния, как говорят физики) в коре. Причём наступает она в течение долей секунды. Я недавно записывал ЭЭГ отклики на зрительные изображения, и по альфа ритму (усреднённому по многим повторениям) прекрасно видно когда это изображение появляется (ритм пропадает) и когда оно исчезает (ритм возобновляется). Задержка была короче 1/5 секунды.

Эту реплику поддерживают: Владислав Вязовский

Думаю, что любая простенькая модель нейронной сети, вроде модели Изикевича такой фазовый переход покажет. Как и глобальную синхронизацию. Вопрос, правда, в том какое заложить соотношение "положительных" и "отрицательных" связей между нейронами.

Весьма интересная работа. Мне кажется, что из нее напрашивается вывод (как гипотеза, конечно) что сон прежде всего необходим для восстановления некоторых биохимических характеристик нейронов и их связей друг с другом. В противном случае не очень ясен смысл кратковременного - на десятые доли секунды - засыпания отдельных нейронов или локальных зон. Даже если их трактовать как просто сбои в системе, все же разумным выглядит предположение, что эти сбои вызваны бихимическими механизмами, усталостью, связанной с недостатком или наоборот избытком каких-то медиаторов или иных необходимых для стабильного функционирования нейронов веществ.

В любом случае экспериментально обнаружены причины известного выражения - "спит на ходу".

Спасибо. Теперь бы нам узнать что собственно запускает эти микроскопические эпизоды локального сна в данной нейронной популяции в данный момент. Определённые идеи по этому поводу есть, но вопрос еще далёк от разрешения.

Я вот сплю очень мало но очень крепко и не вижу снов. 

Значит я живу во сне, а сплю переносясь в иной мир! 

Очень любопытный опыт)) крысы играли, уставали, но, взяв себя в лапы, увлеченно продолжали играть)) Илья, мне вот интересно, как именно по ошибкам узнавать, какой частью мозга ты сейчас спишь? ну, например, опечатки - значит эта часть дремлет, оговорки - другая..))

Ха! Я всегда это подозревала, что части мозга будто бы засыпают. И времени, чтобы осмыслить или сделать что-то довольно банальное, когда устал, требуется в 2 раза больше, и слова иностранных языков (те, которые выучил не ребенком, а во взрослом возрасте) просто теряются, как будто в черные дыры! А это, наверное, просто участки мозга, где они сложены, отключены! :) Короче, мне очень импонирует это открытие :) 

 

Новости наших партнеров