Психофизиологические основы сна и бодрствования

     Большинство мышц во сне находится в расслабленном  состоянии, причем человек способен длительно сохранять определенную позу тела. При этом повышен тонус мышц, закрывающих веки. По мере погружения в сон, ритмы сердца и дыхания замедляются, становятся все более равномерными.

     Медленноволновой сон сопровождается снижением вегетативных    реакций – сужаются зрачки, усиливается потоотделение, снижается активность сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и выделительной систем, уменьшается частота дыхания, что приводит к ограничению объема поступающего в кровь кислорода и более медленному удалению углекислого газа, т.е. уменьшается интенсивность легочного газообмена. Именно поэтому ночью снижается частота сердечных сокращений, а вместе с ней и скорость кровотока.

     Следует подчеркнуть, что, хотя в целом во сне понижается уровень обмена веществ, одновременно с этим активизируются процессы восстановления работоспособности всех клеток организма, интенсивно идет их размножение, происходит замена белков.

     В противоположность этому во время  парадоксального сна наступает "вегетативная буря". Дыхание становится нерегулярным, неритмичным, меняясь по глубине. Возможна и остановка дыхания (например, в ночном кошмаре). 

      1.7. Природа быстрого  сна. 

     Существует  целый ряд теорий и гипотез  о природе и значении парадоксального  сна. В отличие от медленного сна, быстрый сон имеет ярко выраженную активную природу. Парадоксальный сон запускается из строго очерченного центра, расположенного в задней части мозга, в области варолиева моста и продолговатого мозга. Во время этой стадии сна клетки мозга чрезвычайно активны, но процесс передачи информации от органов чувств в мозговые центры, а также от них в мышечную систему, блокирован.

     Ряд исследователей считают, что это – периоды восстановления клеток, другие полагают, что парадоксальный сон играет роль «предохранительного клапана», позволяющего разряжаться избытку энергии, пока тело полностью лишено движения; по мнению третьих, парадоксальный сон способствует закреплению в памяти информации, полученной во время бодрствования. Некоторые исследования указывают даже на тесную связь между высоким уровнем интеллектуального развития и большой общей продолжительностью периодов парадоксального сна у многих людей.

     Имеется очень интересная гипотеза Жуве, согласно которой в быстром сне в нейрологическую память передается наследственная генетическая информация, имеющая отношение к организации целостного поведения.

     Сам быстрый сон можно разделить  на две стадии. На фоне десинхронизации, длящейся от 5 до 20 секунд и сопровождающейся быстрыми движениями глаз, начинается бурное развитие тета-ритма, генерируемое гиппокампом. Это эмоциональная стадия быстрого сна. Затем тета-ритм ослабевает, а тем временем в новой коре, особенно в ее сенсомоторной области, усиливается альфа-ритм. Затем альфа-ритм ослабевает и в гиппокампе вновь нарастает тета-ритм. Обе стадии чередуются во время сна несколько раз, причем первая всегда длиннее второй. Усилению тета-ритма в быстром сне сопутствуют те же вегетативные явления, которыми сопровождается насыщенное сильными эмоциями напряженное бодрствование.

       В целом можно заключить, что главной функцией медленного сна является восстановление гомеостаза мозговой ткани и оптимизация управления внутренними органами. Хорошо известно так же, что сон необходим для восстановления физических сил и оптимального психического состояния. Что касается парадоксального сна, то считается, что он облегчает перевод информации из кратковременной памяти в долговременную, хранение информации и ее дальнейшее считывание.

     2. Понятие бодрствования. 

      Бодрствование – состояние психики, характеризующееся достаточно высоким уровнем электрической активности мозга, свойственным активному взаимодействию индивида с внешним миром. В поддержании состояния бодрствования важнейшую роль играет ретикулярная формация среднего мозга, от нейронов которой восходящие влияния идут к неспецифическим ядрам таламуса, а от них ко всем зонам коры больших полушарий. Бодрствование (обычное состояние не спящего человека) образует поле всевозможных сочетаний функций сознания – от состояния спокойного бодрствования через активное, напряженное бодрствование до выраженных аффектов.

      В общих чертах схема нашей психики в бодрствующем состоянии на основании данных объективной психологии выглядит следующим образом.

      Природа раздражений, достигающих мозга  и, вместе с тем, восприятия, имеют двойственный характер. Одни раздражения приходят к мозгу от внутренних областей тела и обусловлены разнообразными органическими процессами. Они возбуждают в мозгу различного рода органические впечатления, оставляющие в мозгу известные следы (энграммы), способные к оживлению.

      Другой  порядок раздражений притекает  в мозг от воздействий, идущих извне организма и влияющих на мозг при посредстве так называемых внешних воспринимающих органов. Они являются материальной основой внешних впечатлений, субъективным показателем которых служат ощущения.

      Другие  же внешние впечатления и их следы, до поры до времени оставаясь вне сферы личности (т.е. в бессознательном), тем не менее возбуждают те или другие внешние двигательные или иные реакции, которые в большинстве случаев не вступают в соотношение с личностью, – иначе говоря, остаются незамеченными нами. Сюда относится целый ряд таких двигательных реакций, как наша ходьба, мимические движения и множество других движений, которые принято называть автоматическими.

      Надо, впрочем, иметь в виду, что с момента, когда эти движения возбуждают реакцию сосредоточения, они вступают уже в соотношение со сферой личности (т.е. осознаются) и становятся в прямую от нее зависимость.

     Бодрствование является тем функциональным состоянием, на фоне которого разворачивается любая психическая деятельность. Значимость этого состояния для обеспечения эффективности деятельности при ее оптимальной физиологической стоимости чрезвычайно велика.

     Состояние бодрствования не является однородным. В нем выделяются активное бодрствование и спокойное бодрствование.

1. Состояние спокойного бодрствования

     В состоянии спокойного бодрствования  у взрослого человека регистрируется синхронизированный ритм. Он максимально  выражен в покое с закрытыми  глазами и блокируется при  открывании глаз. Степень выраженности альфа-ритма различается у разных людей. В норме по выраженности альфа-ритма выделяют несколько типов, отражающих индивидуальную организацию нервных процессов, большую или меньшую активированность коры больших полушарий и особенности ее взаимодействия с подкорковыми структурами.

     Строгая ритмичность, стабильность доминирующей частоты в состоянии относительного покоя создают оптимальный фон  для сканирования информации и ее квантования.

     Функциональная  роль альфа-ритма обеспечивается не только четкой ритмичностью, но и его пространственно-временной организацией в коре больших полушарий. Одним из показателей такой организации является наличие устойчивых фазовых сдвигов, наиболее значительных для удаленных отделов коры.

2. Состояние активного бодрствования

     При состоянии активного бодрствования  в условиях мобилизации организма  происходит переход реагирующей  системы на более высокий уровень  активированности. При этом основной ритм распадается (так называемая реакция  десинхронизации альфа-ритма), и в ЭЭГ регистрируются колебания более высокой частоты, бета- и гамма-активность. Состояние мобилизации обеспечивает эффективность реализации психических процессов. На этом фоне при подготовке к определенному виду деятельности наблюдаются локальные изменения функционального состояния отдельных нервных центров – тех, которые будут вовлечены в ее реализацию – локальная активация.

     В процессе активного бодрствования  человек либо занят физической деятельностью, либо чувственным восприятием окружающего мира. В зависимости от вида деятельности РЧ взаимодействует с сознанием через посредство соответствующих объемов ДНК. Базовая часть программы активного бодрствования создается во время сна. При этом используются наработанные в прошлом программы, которые связываются в оригинальную макропрограмму будущего дня эмоциональным кодом.

3. Центры бодрствования.

     Прямое  изучение нейронов, вовлеченных в  регуляцию сна-бодрствования, проведенное  во второй половине ХХ столетия, показало, что нормальное функционирование таламо-кортикальной системы мозга, обеспечивающее весь спектр сознательной деятельности человека в бодрствовании, возможно только при наличии тонических мощных воздействий со стороны определенных подкорковых структур, называемых активирующими. Благодаря этим воздействиям, мембрана большинства кортикальных нейронов в бодрствовании деполяризована по сравнению с потенциалом покоя. Только в таком состоянии тонической деполяризации эти нейроны способны обрабатывать и отвечать на сигналы, приходящие к ним от других нервных клеток, как рецепторных, так и внутримозговых. Таких систем тонической деполяризации, или активации мозга (их можно условно назвать "центрами бодрствования"), как сейчас ясно, несколько – вероятно, пять или шесть, и локализуются они на всех уровнях мозговой оси: в ретикулярной формации ствола, в области синего пятна и дорзальных ядер шва, в заднем гипоталамусе и базальных ядрах переднего мозга. У человека нарушение деятельности любой из этих систем не может быть скомпенсировано за счет других, несовместимо с сознанием и приводит к коме.  

4. Связь состояний «сон-бодрствование».

     Если  с точки зрения нейронной активности бодрствование можно описать  как состояние тонической деполяризации, то медленный сон является состоянием "тонической гиперполяризации". При этом направление перемещения основных ионных потоков, формирующих потенциал мембраны нейрона и участвующих в проведении нервного импульса по аксону (катионов Na²⁺, K⁺, Ca²⁺, анионов Cl^–), а также важнейших макромолекул – из клетки во внеклеточную жидкость и обратно – меняется на противоположное.

     Таким образом, можно было бы сказать, что  функция медленного сна – чисто восстановительная; в этом состоянии происходит восстановление мозгового гомеостаза, нарушенного в ходе многочасового предшествующего бодрствования. С этой точки зрения, бодрствование и медленный сон – как бы "две стороны одной медали". Периоды тонической деполяризации и гиперполяризации должны периодически сменять друг друга для сохранения постоянства внутренней среды головного мозга и обеспечения нормального функционирования таламо-кортикальной системы – субстрата высших психических функций человека. Отсюда ясно, с одной стороны, почему эволюция не создала в мозге единого "центра медленного сна" – это сделало бы всю систему значительно менее надежной, более жестко детерминированной, зависящей полностью от "капризов" этого центра в случае каких-либо нарушений его функционирования.

     Регуляция сна-бодрствования является вторично-подчиненной  по отношению к внутрисуточному  ритму активности-покоя в той же мере, что и регуляция температуры тела, секреции гормона роста и др. Этот ритм, его механизмы являются главным эндогенным модулятором смены состояний в ряду бодрствование – медленный сон – парадоксальный сон. Для количественного описания взаимодействия двух систем – циркадной системы регуляции активности-покоя и гомеостатической системы регуляции сна-бодрствования – была предложена модель (А.А. Борбели), согласно которой первая система работает как часы с циферблатом, а вторая – как песочные часы, и оба типа часов взаимодействуют друг с другом. Эта модель хорошо описывает и правильно предсказывает поведение системы при ее отклонении в таких случаях, как депривация сна, нарушения при эндогенной депрессии и др., однако только в отношении медленного сна. В отношении же парадоксального сна пока такой математической модели разработать не удалось.

     Можно с уверенностью утверждать, что эта  проблема в силу теоретической и  практической значимости будет находиться в центре внимания физиологов и нейробиологов в начале XXI века.