Ваш мозг. Что нейронаука знает о мозге и его причудах

Естественно, если участок мозгового ствола, который необходимо было надрезать, располагался слишком глубоко, кошку приходилось спасать от гибели искусственной вентиляцией легких. Также после такой операции ни одна кошка уже не могла полноценно функционировать. Несмотря на трудности, Бремеру удалось получить живые мозги с поврежденными участками мозгового ствола и с помощью ЭЭГ проследить, продолжает ли мозг проходить фазы сна в обычном режиме после той или иной операции.

Бремер обнаружил следующее: если надрезать мозговой ствол в зоне, называемой средним мозгом, то организм навсегда впадает в фазу медленного сна. Если надрезать мозговой ствол прямо над спинным мозгом – на уровне продолговатого мозга (или луковицы головного мозга), – то организм будет бодрствовать и проходить через все четыре фазы сна как обычно.

Эти наблюдения позволили предположить, что область, находящаяся над средним мозгом, отвечает за фазу медленного сна, в то время как участок между спинным и средним мозгом – за режим бодрствования и фазу быстрого сна.

Если быть точнее

Области головного мозга, расположенные над средним мозгом, порой называют передним мозгом. Дело в том, что входящие в него структуры образуются в передней части мозга человека еще на этапе эмбрионального развития. К переднему мозгу относится вся мозговая ткань, формирующая полушария мозга, а также гипоталамус и таламус. Мы познакомимся с таламусом поближе в Главе 7, а пока лишь уясним, что он располагается в центральной части мозга, поэтому все сведения, которые поступают из мозгового ствола в кору мозга, проходят через него.

После того как опыты Бремера показали, что передний мозг важен для фазы медленного сна, другие ученые попытались воспроизвести результаты его исследования. Они обнаружили, что могут ввергнуть животное в фазу медленного сна через электрическую стимуляцию некоторых участков переднего мозга⁷, а повредив другие участки, вызвать нарушения этой фазы⁸. Под электрической стимуляцией здесь подразумевается пропуск слабого электрического тока по определенным участкам мозга. Поскольку нейроны имеют электрические свойства, стимуляция током активирует их. Благодаря этому нейробиологи могут понять, что происходит, когда нейроны в том или ином участке мозга начинают свою работу. Сама по себе электрическая стимуляция нейронов не причиняет боли (как мы узнаем позже, манипуляции над мозговой тканью в принципе безболезненны). Эта техника широко используется в науке, и мы часто будем упоминать ее в этой книге.

Исследователи пришли к выводу, что некоторые группы нейронов переднего мозга вырабатывают такие нейромедиаторы, как гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) и галанин. ГАМК и галанин известны как тормозные нейромедиаторы – они немедленно затормаживают активность нейронов. Возникла гипотеза, что области переднего мозга вырабатывают тормозные нейромедиаторы, из-за чего активность участков мозга, отвечающих за бодрствование, снижается и мозг переходит в фазу медленного сна.

Область гипоталамуса, известная как вентролатеральное преоптическое ядро,

особенно важна в процессе затормаживания. Нейроны с ГАМК и галанином из вентролатерального преоптического ядра направляются к другим «бодрствующим» нейронам и подавляют их активность. Таким образом, без вентролатерального преоптического ядра человек не мог бы засыпать.

Получается, нейроны переднего мозга, в особенности гипоталамуса, помогают успокоить мозг. Но как мозговому стволу удается разбудить нас? В 1940-е гг. ученые обнаружили, что электрическая стимуляция определенного участка мозгового ствола способна немедленно разбудить человека⁹. Нейронные цепи из этой области мозгового ствола, которую впоследствии назвали ретикулярной активирующей системой, тянутся к таламусу, а затем – к коре головного мозга. После этого они активируют кору мозга, а та – сам мозг.

Теперь мы знаем, какая область переднего мозга способствует нормальному течению сна и какой участок мозгового ствола помогает нам проснуться. Прежде чем мы окончательно поймем суть сна, необходимо ответить еще на пару вопросов. Пусть вышеупомянутая система переднего мозга и способна ввести человека в фазу медленного сна, она не отвечает за фазу быстрого сна. Согласно исследованиям, за эту фазу ответственна область мозгового ствола, называемая мостом. Мост выступает из мозгового ствола, поэтому его легко узнать. Если повредить мост, у человека нарушится фаза быстрого сна¹⁰, а если стимулировать его с помощью электрического тока, человек впадет в упомянутую фазу¹¹. Нейроны в этой зоне также отвечают за торможение двигательных нейронов, что и приводит к потере мышечного тонуса во время БДГ-фазы.