История зарождения знаний по психофизиологии

    Существуют  и другие классификаций ритмов, так  Н. И. Моисеева и В. Н. Сысуев (1961) выделяют пять основных классов:

1. Ритмы высокой частоты: от доли секунды до 30 мин. Ритмы протекают на молекулярном уровне, проявляются на ЭЭГ, ЭКГ, регистрируются при дыхании, перистальтике кишечника и др.
2. Ритмы средней частоты: от 30 мин до 28 ч, включая ультрадианные и циркадные, продолжительностью до 20 ч и 20 – 23 ч, соответственно.
3. Мезоритмы: инфрадианные и циркасептанные – около 7 суток, продолжительностью 28 ч и 6 дней, соответственно.
4. Макроритмы с периодом от 20 дней до 1 года.
5. Метаритмы с периодом 10 лет и более.

    Многие  авторы выделяют также ритмы по уровню организации биосистем: клеточные, органные, организменные, популяционные. По форме условно выделяют следующие  виды физиологических колебаний: импульсные, синусоидальные, релаксационные, смешанные.

    Ритмы с периодом в несколько лет  и десятилетий связывают с  изменениями на Луне, Солнце, в Галактике  и др. Известно более 100 биоритмов  с периодом от долей секунд до сотен  лет.

    Интерес к биоритмам не ограничивается только стремлением узнать, как функционируют живые существа. Сведения о «приливах» и «отливах» тех иных продуктов, синтезируемых организмом, мог подсказать, например, какое время дня наиболее благоприятно для приема определенных лекарств. Эксперименты на мышах показали, что чувствительность этих животных к токсичным веществам резко меняется на протяжении суток. Мыши активны ночью, и в это время они могут без последствий переносить такую дозу препарата, которая днем окажется смертельной или вызовет сильную реакцию. Как показали результаты одного исследования, из мышей, получавших бактериальный токсин в ранние вечерние часы, погибло 80%, а из животных, получавших такую же дозу среди ночи, - лишь 20% (Halberg, 1960). Далее, диагностика многих заболеваний связана с измерением концентрации некоторых веществ в крови или моче. Зная суточные колебания этих показателей, мы сможем поставить более точный диагноз.

    Помимо  изучения различных ритмов, людей  всегда интересовал вопрос об источниках возникновения этих ритмов. Исходя из того, что Биологические ритмы – это колебания смены и интенсивности процессов и физиологических реакций и в их основе лежат изменения метаболизма биологических систем, обусловленные влиянием внешних и внутренних факторов, которые влияют на ритмичность процессов, происходящих в живом организме, получили определение «синхронизаторы», или «датчики времени». Выделяю внутренние и внешние факторы:

    К внешним факторам относятся:

    - изменение освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм);

    - магнитного поля;

    - интенсивности космических излучений;

    - приливы и отливы;

    - сезонные и солнечно-лунные влияния;

    - социальные влияния, характерные  для человека.

    К внутренним факторам относятся: нейрогуморальные процессы, протекающие в определенном, наследственно закрепленном темпе и ритме.

    Ритмы, независимые от внешних синхронизаторов, называются эндогенными. Ритмы, формирующиеся  под влиянием внешних синхронизаторов, т. е. факторов внешней среды, идентифицированы как экзогенные. Для большинства  биоритмов характерна эндогенность генерирования, малая изменчивость установившейся длительности циклов на протяжении онтогенеза.

    Циркадианные  ритмы у человека

    Всем  нам хорошо известен один суточный ритм - наш собственный цикл сна  и бодрствования. На самом деле человеческому организму свойственно более 100 таких ритмов, хотя многие из них скоординированы с циклом сон - бодрствование. Так, например, температура тела на протяжении каждых суток изменяется примерно на 0,6°С. В дневное время она выше, достигает максимума где-то во вторую половину дня и снижается до минимума ночью - между 2 и 5 часами утра.

    Выделение мочи тоже подчиняется определенному  ритму - медленнее всего оно идет ночью во время сна. Это важный охранительный механизм. Мы ежедневно  проводим около 8 часов в лежачем положении, ничего не потребляя. Поэтому, если бы ночью организм терял много жидкости, это грозило бы уменьшением объема крови. Скорость экскреции мочи, вероятно, определяется ритмическим выбросом различных гормонов. Ученые обнаружили отчетливый циркадианный ритм в содержании вазопрессина - антидиуретического гормона, выделяемого задней долей гипофиза, - в крови здоровых людей.

    Один  из гормонов, вырабатываемых корой  надпочечников, - кортизол (гидрокортизон) - выделяется в наибольшем количестве перед рассветом, тем самым подготавливая организм к заботам грядущего дня. У ночных животных пик выброса этого гормона приходится на ранние вечерние часы.

    Все эти ритмы явно синхронизированы с ритмом сна и бодрствования.

    Сон и бодрствование

    Сон - это специфическое состояние нервной системы с характерными особенностями и циклами мозговой деятельности. Человек засыпает не постепенно, а сразу - переход от состояния бодрствования к состоянию сна совершается мгновенно. Это было показано Уильямом Дементом. Суть его опытов заключалась в следующем: испытуемому, который лежал и готовился ко сну, пластырем закрепляли веки так, что глаза его оставались открытыми, а затем через каждые одну или две секунды включали световую вспышку; испытуемый должен был при виде вспышки каждый раз нажимать на кнопку. Постепенного угасания реакции нажатия на кнопку обнаружено не было. Действие - а значит, и восприятие - прекращалось внезапно, когда испытуемый засыпал, хотя глаза его оставались широко открытыми.

    Сон, очевидно, представляет собой биологическую потребность нашего вида. Сон, по-видимому, регулируется взаимодействием групп нейронов, находящихся в разных участках мозга, в том числе в ретикулярной формации, ядрах шва и голубом пятне. Ретикулярная формация - это особая структура внутри моста и верхней части мозгового ствола в пределах заднего мозга, которая играет важную роль в процессе пробуждения. Ядра шва, тоже находящиеся в осевой части заднего мозга, по-видимому, вызывают сон путем торможения ретикулярной формации. Серотонин - основной медиатор ядер шва - вероятно, и является тем фактором, который индуцирует сон. Недостаток серотонина заставляет животное бодрствовать. Норадреналин, с другой стороны, стимулирует пробуждение, а голубое пятно - одна из областей моста - это главное скопление нейронов, содержащих норадреналин. При повреждении голубого пятна животные спят намного больше, чем обычно.

    Сказать точно, как взаимодействуют эти  мозговые структуры и их медиаторы, мы не можем, но то, что они взаимодействуют  в процессе регуляции сна и  бодрствования, не вызывает сомнений. Например, после перерезки нервных путей, идущих от голубого пятна к ядрам шва, у животного наблюдается временное сокращение сна - как фазы БДГ, так и остальных фаз.

      Далеко не всем людям требуется  8 часов ночного сна. Продолжительность сна, в котором они нуждаются или думают, что нуждаются, сильно варьирует: одни превосходно чувствуют себя после 4 или 5 часов ночного сна, тогда как другие не ощущают себя отдохнувшими, не проспав 8-9 часов. Но какова бы ни была длительность сна, для всех людей характерна склонность всегда придерживаться одного и того же распорядка сна и бодрствования.

    Большинство из нас строит свою жизнь на основе определенных «стандартов». Помимо циклической  смены света и темноты мы находим  в окружающей среде (или создаем сами) много других «времязадателей». В определенное время мы едим, ходим на работу или в школу, возвращаемся домой. Наша культурная жизнь тоже упорядочена: мы ходим в гости или в кино обычно по вечерам и крайне редко - утром. У большинства из нас, конечно же, есть при себе часы, или мы «следим за временем» с помощью городских часов. Какое влияние оказывают эти внешние временные сигналы на наши биологические ритмы? И во что превратятся наши дни и ночи, если мы лишимся таких сигналов?

    В ряде экспериментов испытуемые добровольно соглашались провести длительное время в изоляции - не только без других людей, но и без каких бы то ни было внешних сигналов, позволяющих судить о времени. Удивительнее всего то, что у этих людей после нескольких недель изоляции обнаруживалась тенденция к установлению циклов, близких к 24,8-часовым лунным суткам.

    Если  человек долго не получает никаких  указаний относительно времени, его  циркадианный ритм становится, как  говорят, «свободнотекущим». Как показали наблюдения над Мишелем Сиффром, находившимся в течение двух месяцев в изоляции под землей, его «сутки» по большей части были длиннее 24 или 25 часов и крайне редко короче.

    Другой  испытуемый, Дэвид Лафферти, провел в пещере 127 дней. Вначале его циклы  были абсолютно беспорядочны. Иногда его «сутки» составляли 19 часов, из которых 10 он бодрствовал, а 9 - спал; иногда - 53 часа, из которых он бодрствовал 18, а спал-35. К концу эксперимента установился цикл длительностью около 25 часов.

    Таким образом, при полном отсутствии внешних времязадателей наши цикл сна и бодрствования утрачивают свою регулярность. Значение общественного распорядка отчетливо проявляется в Арктике, где зимой царит постоянная тьма, а летом все время светло. Тем не менее у живущих там эскимосов сохраняются регулярные циклы сна и бодрствования.

    Ультрадианные ритмы у человека

    Некоторые гормоны, такие как лютеинизирующий  и фолликулостимулирующий,  выделяются в кровяное русло с ультрадианной  периодичностью. С помощью тщательных методов измерения можно зафиксировать эпизодические выбросы этих гормонов. Распознать некоторые другие ультрадианные ритмы, свойственные нашему организму, гораздо труднее и еще труднее объяснить их. Один едва уловимый ультрадианный цикл повторяется каждые полтора часа независимо от того, спим мы или бодрствуем. Изо дня в день, как показывают электроэнцефалограммы, у взрослых людей наблюдается цикличность мозговой активности с периодом около 90 минут. Сдвиги при этом настолько незначительны, что мы их не замечаем. Однако ряд специальных психологических тестов также подтверждает, что внимание и познавательная деятельность человека, по-видимому, подвержены циклическим колебаниям с периодом 90-100 минут. Изучение таких колебаний в дневное время начато совсем недавно, хотя та часть этого ультрадианного ритма, которая приходится на ночной период, известна по меньшей мере с тех пор, когда впервые занялись изучением сна.

    Циклы сна

    Сон - не перерыв в деятельности мозга, это просто иное состояний сознания. Действительно, во время сна мозг проходит через несколько различных фаз, или стадий, активности, повторяющихся с примерно полуторачасовой цикличностью. С помощью небольших электродов, прикрепленных к коже головы, исследователи регистрируют электрическую активность мозга. На электроэнцефалограмме видно, что во время сна сменяется пять различных видов мозговой активности, каждый из которых отличается характерным типом волн (подробнее о типичной последовательности фаз сна.

    Пятая фаза сна, для которой характерны быстрые движения глаз (БДГ), - самая  последняя в сонном цикле. Во многих отношениях «быстрый» сон - наиболее интересная фаза, так как именно в это время возникает большая часть запоминающихся сновидений.

      Первый период сна с БДГ  длится около 10 минут, но в  течение ночи продолжительность  БДГ-фаз увеличивается, и они прерываются только наступлением 2-й фазы. Иными словами, спустя несколько часов сон становится менее глубоким. Взрослый человек, спящий ночью по 7,5 часа, обычно тратит на БДГ-сон от 1,5 до 2 часов.

    Сон с БДГ, по-видимому, существует у всех млекопитающих. Вы, наверное, видели, как во время сна у кошки или собаки движутся глаза и одновременно подергиваются усы и лапы. У рептилий мы не находим «быстрой» фазы, но у птиц изредка наблюдаются очень непродолжительные эпизоды, напоминающие сон с БДГ. Эти отличия, возможно, означают, что «быстрый» сон характерен для более высокоразвитого мозга - чем сложнее мозг, тем большее место занимает БДГ-фаза. Однако среди млекопитающих как будто не существует никаких закономерностей, определяющих продолжительность сна с БДГ. У опоссума, например, он длиннее, чем у человека. У новорожденных детей на «быстрый» сон обычно приходится 50% всего времени сна, а у детей, родившихся раньше срока, - около 75%.

    Таким образом, сон имеет собственный  ультрадианный ритм. Во время циклов, длящихся около 90 минут, мозг человека обычно проходит через различные стадии сна. Нарушения этого ритма могут быть причиной (или симптомом) душевного или физического заболевания.

    Инфрадианные  ритмы у человека

    Более продолжительные циклы обычно труднее охарактеризовать и изучить, нежели те, период которых равен суткам или меньше их. У многих животных сезонные изменения в выработке гормонов сопровождаются целым рядом сдвигов в поведении и физических изменений. У самцов оленей, например, весной и летом начинают расти рога, которые позже становятся могучими и ветвистыми. С помощью этих рогов олени сражаются с соперниками, борясь за гарем в сезон спаривания. По окончании этого сезона самец теряет свои рога. Подобные четкие признаки показывают исследователю, когда у животных-самцов нужно изучать циклические изменения в уровне тестостерона.