Сон под микроскопом. Что происходит с нами и мозгом во время сна

Фоторецепция – восприятие света – позволяет различать предметы и узнавать себя в зеркале, а также необходима для настройки биоритма. Ответ растений и животных на свет может заключаться в том, чтобы ориентироваться по отношению к источнику света или совершать направленные в ту или иную сторону движения в ответ на свет. Но собственно зрение – способность видеть предметы – и участие света в настраивании наших внутренних часов – не одно и то же. Удивительно, что иногда незрячие пациенты могут реагировать на день и ночь и, таким образом, жить в гармонии с внешним миром. К сожалению, в других случаях потеря зрения включает также утрату циркадианной настройки, тогда слепые пациенты испытывают постоянный джетлаг. Чтобы помочь таким пациентам справиться с потерей ритма, ученые пытаются понять, как можно настроить внутренние часы без помощи света. Было установлено экспериментально, что свет непосредственно влияет на транскрипцию некоторых ключевых элементов транскрипционно-трансляционного механизма регуляции биоритма. Это значит, что, хотя в норме внутренние биологические часы настраиваются на время, диктуемое извне, это знание открывает новые возможности для «перевода стрелок» другими способами. Например, изобретение фармакологических препаратов направленного действия на компоненты внутренних часов сможет решить эту проблему.

Другие факторы, которые влияют на настройку часов, – это время употребления пищи или социальные факторы. Например, если мышей держать в совершенной темноте, но кормить в определенное время суток, они будут просыпаться за час-два до кормления и ждать его. Самое удивительное, что супрахиазматическое ядро не является необходимым для этого типа биологических часов. Если его инактивировать или вовсе удалить, мыши все равно будут способны рассчитывать время и предсказывать время завтрака. Как именно это происходит? Интересный вопрос, занимающий ученых сегодня. Также было установлено, что супрахиазматическое ядро не является критичным для регуляции сна и бодрствования. Даже без этого центрального элемента биоритмов сон все равно наступает, но его относительная независимость от механизмов циркадианных ритмов до сих пор представляется одним из самых интригующих аспектов хронобиологии.

Можем ли мы приспособиться жить на Марсе?

Способны ли приспосабливаться под изменившиеся внешние условия, пластичны ли внутренние биологические часы? Установлено, что они могут настраиваться на искусственный цикл дня и ночи, если только он незначительно отличается от ритма в 24 часа. Насколько? Оказалось, что «уменьшение» суток на два часа – это слишком много (или быстро) для перестройки молекулярных часов. Иначе, если участники эксперимента попадают в искусственно устроенные короткие 22-часовые сутки, то внутренние часы перестают реагировать на внешние изменения света и начинают идти в собственном ритме. Установление этого явления оказалось очень важным для понимания того, как взаимодействуют системы, регулирующие сон и биологические часы.

Гарвардская лаборатория исследователя циркадианных ритмов Чарльза Кзайслера разработала экспериментальный подход, названный вынужденной десинхронизацией, для изучения такой связи. Испытуемые жили в условиях коротких или длинных суток. Они должны были спать «ночью», которая наступала каждый день на четыре часа раньше или позже, и соответственно раньше или позже встречать «рассвет». Независимо от времени, которое «показывали» внутренние часы, самый глубокий сон был в начале процесса сна после «дня», проведенного в бодрствовании. С другой стороны, REM-фаза сна была в большей степени подвержена влиянию биоритма, так же как и сонные веретена – тип активности мозга, регистрируемой на ЭЭГ во время NREM-фазы сна. В итоге был сделан вывод о важности не только количества сна, но и его «качества», а оно регулируется в том числе фазой внутреннего ритма. Впрочем, подобное заключение распространяется не только на сон, но и на бодрствование, некоторые аспекты которого управляются биологическими часами. Эксперимент, в котором испытуемых лишили сна на несколько дней и во время которого они каждые несколько часов оценивали свое самочувствие и уровень усталости, показал удивительный результат. Даже спустя 48 часов постоянного бодрствования (что эквивалентно потере примерно 16 часов сна) в определенное и одно и то же время суток испытуемые заявляли о прекрасном самочувствии.