Основной парадокс состояния сна и его экспериментальное разрешение

Оно, конечно, может быть и так. Но на самом деле, ученые, занимающиеся сном, говоря такую вещь, несколько лукавят, потому что очень хорошо известно и очень давно, зачем нам нужен сон. Мы к этому со временем перейдем. Я покажу только, чтобы было повеселее, картинку, показывающую, как выглядит эта всем известная электроэнцефалограмма (ЭЭГ), то есть сигнал, регистрируемый от поверхности мозга, и как он меняется при переходе от бодрствования ко сну.

Как такую картинку получают? Прямо на поверхность мозга через маленькие дырочки, которые сверлятся в черепе (поскольку я физиолог, я работаю с животными), я ставлю электроды. О технике эксперимента я расскажу чуть позже. Электроды ставятся прямо на поверхность коры мозга, и оттуда регистрируется замечательная электрическая активность. И вот уже Ганс Бергер, который в свое время открыл, что можно регистрировать электрическую активность от поверхности мозга (ЭЭГ), обнаружил такую интересную вещь: по мере того, как начинает развиваться сон, низкоамплитудная и высокочастотная электрическая активность мозга начинает меняться и появляются низкочастотные и высокоамплитудные волны так называемого медленного сна.

Верхняя запись на этом рисунке очень сжатая, на этой записи помещается пять минут. В начале животное находится в состоянии бодрствования, а со временем развивается сон. Если мы возьмем кусочек этой записи, и начнем его растягивать до двух минут, одной минуты или до десяти секунд, то вы увидите знаменитые медленные волны сна, которые дали название фазе медленно-волнового или медленного сна, как я его потом буду называть. Эти волны замечательно регистрируются у мышей, крыс, кошек, обезьян, людей, и выглядят более или менее одинаково. В какого зверя вы не поместите электроды, будет довольно похожая картина.

Картина ЭЭГ дает возможность узнать, когда у нас животное находится в состоянии бодрствования, а когда засыпает. Надо сказать, что такое яркое различие состояния бодрствования и состояния сна по ЭЭГ, было еще одним сильным аргументом в пользу того, что в состоянии сна и в состоянии бодрствования мозг находится в принципиально разных ситуациях. Полагали что задачи, которые мозг решает в бодрости и во сне, принципиально отличаются, потому что даже электрическая картина становится такой удивительно различной.

Но насколько этот вывод был обоснован, можно было усомниться. Как картинка, которую я вам здесь показываю, получается? Человеку накладывают электрод, он спит на удобном мягком матрасе, в комнате свет выключен, тихо, у испытуемого развивается полноценный активный сон. Потом он пробуждается, но продолжает лежать все в той же кровати, в окружении бедной зрительной обстановки, ничего не двигается, серое тусклое освещение, приглушенный звук, потому что камера обычно бывает звуконепроницаемой, тихой, чтобы никто ему не мешал спать. Таким образом, человек оказывается в ситуации чрезвычайно пассивного бодрствования.

Вот мы и подумали, что изменения в картине ЭЭГ при пробуждении могли быть потому, что у нас сначала было состояние активного сна, а потом оно сменилось состоянием исключительно пассивного бодрствования.

Можно было предположить, что если животное или человека поместить в естественную среду, наполнить его зрительный и слуховой мир сигналами, поступающими через разные органы чувств, и заставить его двигаться, чтобы его мышцы тоже работали, и еще, чтобы все эти сигналы начали поступать к нему ритмично, с такой же ритмикой, с какой у него идут медленные волны в состоянии сна, то, может быть, ЭЭГ в бодрости у нас станет такой же волнообразной, как во сне.

Известные различия картины ЭЭГ в бодрствовании и во сне, возможно, были связаны не с тем, что мозг находится в двух принципиально разных ситуациях, а  с тем, что просто сигналы, поступающие в кору мозга в состоянии бодрствования и состоянии сна, очень разные. А если мы в состоянии бодрости подадим в мозг такой же поток сигналов, как и во сне, то мы получим такую же картину. И это, действительно, оказалось так. Тут я вам покажу интересную картинку. Это ЭЭГ кролика.

На верхней записи вначале кролик спит, а потом он проснулся, и амплитуда волн упала. А тут он опять заснул, и волны появились вновь. А вот на нижней записи кролик все время находится в состоянии чрезвычайно активного бодрствования. И на фоне этого активного бодрствования мы подаем зрительную стимуляцию неяркими вспышками света на глаз в ритме обычной сонной активности. И вы видите, что никто здесь не сможет различить, чем эта картина отличается от представленной на верхней записи. Действительно, ЭЭГ, если мы создадим определенный поток сигналов, идущих в мозг, примет ту форму, которую имеют входящие сигналы.

Таким образом, можно было усомниться, что состояния мозга во сне и в бодрости чем-то принципиально отличаются. Скорее можно было предположить, что оно ничем принципиально не отличается, кроме как потоком входных сигналов.