«Спящий человек ни на что не годен, он ничуть не лучше мертвого» — так писал Платон. Изобретатель Томас Эдисон сравнивал сон с наркотиком, которой одурманивает и отнимает слишком много времени. Действительно, люди в среднем проводят восемь часов во сне. Но на что уходит это время, ученым сказать сложно. «Холод» рассказывает, что науке известно про сон и почему его так трудно изучать.
Чтобы не пропускать главные материалы «Холода», подпишитесь на наш инстаграм и телеграм.
Человек треть жизни тратит на сон. А зачем?
Это самый сложный вопрос в изучении сна — и ученые до сих пор не знают на него ответа. Впрочем, ряд предположений все-таки имеется.
Новости, разговоры с близкими, рабочие задачи, фильмы и сериалы — каждый день человек пропускает через себя очень много информации. Мозгу требуется время, чтобы обработать этот поток и определить, что важно, а что — нет. Идеальный для этого момент — когда человек спит. По крайней мере, так считают ученые из Висконсинского университета.
В 2003 году исследователи Джулио Тонони и Кьяра Чирелли опубликовали статью, которая тут же вызвала обсуждение в научном сообществе. Тонони и Чирелли предположили, что во время сна, когда новая информация не поступает, у нейронов есть возможность перераспределить нагрузку синапсов — маленьких каналов, которые связывают нейроны друг с другом. Те, которые задействуются мало, разрываются. Этот процесс исследователи назвали синаптическим гомеостазом — своего рода естественный отбор нейронных связей. Правда, его механизм пока мало изучен.
Ряд ученых считает, что сон нужен, чтобы организм набрался сил. Так, во время сна снижается скорость метаболизма и температуры тела — это может помочь восстановить потерю энергии во время бодрствования.
А еще сон помогает мозгу избавиться от мусора — это обнаружили американские ученые в 2010-х годах. Дело в том, что в результате работы нейронов образуются «отходы», или метаболиты: бета-амилоиды, альфа-синуклеины и тау-белок. Когда метаболитов слишком много, они слипаются и мешают клеткам справляться со своими обязанностями. Из-за этого возрастает риск развития нейродегенеративных заболеваний. Альфа-синуклеины ответственны за болезнь Паркинсона, а вот бета-амилоиды — за болезнь Альцгеймера.
В экспериментах на мышах исследователи обнаружили, что во время сна глиальные клетки — они участвуют в метаболических процессах нейронов и передаче импульсов — сжимаются. В результате пространство между нейронами увеличивается на 60%, и тогда мозг легче очистить от метаболитов — бета-амилоидов. Этим занимается глимфатическая система, а принцип ее работы схож с канализацией. Когда пространство между нейронами увеличивается, она буквально закачивает в мозг жидкость — и накопившиеся за период бодрствования «отходы» вымываются.
В 2019 году группа ученых под руководством нейробиолога Лауры Льюис обнаружила схожий механизм у людей.
Этим список гипотез о значении сна не исчерпывается. «Есть много разных теорий о биологическом смысле сна. Но ни одна не является общепринятой», — говорит профессор Оксфордского университета, соавтор книги «Сон под микроскопом» Владислав Вязовский.
Хотя у ученых уже накопилось немало данных, их все равно недостаточно. Отдельная проблема — методология исследований. «Надо лишить человека сна и посмотреть, какие физиологические параметры меняются в зависимости от того, спит он или бодрствует. Но с точки зрения этики провести такие исследования непросто», — добавляет Вязовский.
Леонардо да Винчи спал полтора часа в день, Никола Тесла — два. Это вообще возможно?
Как гласят легенды, некоторым людям удавалось отводить на сон довольно мало времени. Среди известных персон — Наполеон, Сальвадор Дали и Томас Эдисон. Журналист Джон О'Нил пишет, что Никола Тесла спал не более двух часов за ночь. Про Леонардо да Винчи говорили, что он спит по 15 минут каждые четыре часа, хотя исторических подтверждений этому найти не удалось.
Да Винчи вполне мог практиковать одну из форм полифазного сна — когда сну отводится вместо одного промежутка времени несколько. Самая популярная практика такого сна — шестичасовой ночной сон, дополненный получасовым дневным. Бывают и другие: 30-минутный сон через каждые шесть часов или 20-минутные — через четыре.
Сторонники полифазного сна утверждают, что он может улучшить качество сна и жизни, помочь при бессоннице и устранить хроническую усталость. А еще повышается продуктивность: человек бодрствует больше времени, а значит, сможет выполнить больше задач. Полифазному сну посвящено активное сообщество на Reddit, где пользователи делятся своим опытом.
Аргументация сторонников полифазного сна строится вокруг того, что сон — не единый процесс, а набор нескольких состояний, которые сменяют друг друга. Ученые выделяют две фазы: быстрый сон (REM) и медленный (NREM), который делится еще на несколько фаз (NREM1, NREM2, NREM3).
Во время быстрого сна человек видит наиболее яркие сновидения. Эта фаза необходима для поддержания когнитивных функций: памяти, креативности и обучаемости. Медленный сон важен для восстановления организма. Его обычно много в первой половине сна, однако не все его фазы сторонники полифазного сна считают нужными. Они пренебрегают стадиями NREM1 и NREM2, считая их влияние незначительным.
Однако у ученых нет данных, которые подтверждали бы, что полифазный сон имеет преимущества перед однофазным. В 2021 году вышел отчет американского Национального фонда сна: исследователи не нашли доказательств, подтверждающих пользу полифазного сна для физического и психического здоровья. С другой стороны, естественные ограничения не позволяют проводить больше исследований: сложно заставить человека использовать полифазный сон, если всю жизнь он практиковал монофазный.
А сколько спят животные?
Долгое время считалось, что слоны спят от трех до семи часов: дело в том, что наблюдения проходили за животным, которые содержались в неволе. Однако исследование 2017 года заставило ученых пересмотреть методологию. Группа ученых из Африки и США выяснила, что слоны спят около двух часов — и в основном ночью. А узнали они это необычным способом: под кожу хобота был помещен аналог фитнес-трекера, который записывал информацию о движении животных. Считалось, что слон спит, если хобот был неподвижен более пяти минут.
«Слоны — самые короткоспящие млекопитающие, что, по-видимому, связано с их большими размерами тела», — объяснил профессор Пол Мангер из Университета Витватерсранда, ЮАР. Компанию им составляют другие крупные млекопитающие: жирафы спят 4,5 часа, а лошади — около трех. А вот мелкие животные проводят во сне намного больше времени. Например, белки — 15 часов.
Ученые не могут однозначно сказать, почему одни животные спят больше других. Маленькие животные обычно спят больше, чем крупные, а травоядные — меньше, чем хищники, однако, как видно из инфографики, есть и исключения. Более того, то состояние, которое принято называть «сном», у разных видов различается.
«Дельфины могут спать одним полушарием, — рассказывает Владислав Вязовский. — Когда наблюдаешь за ними, кажется, что они все время плавают и никогда не спят. Однако если записать мозговые волны, то становится видно, что дельфины спят попеременно каждым полушарием. Этот пример говорит о том, как важен сон: вместо того, чтобы от него избавиться, дельфины адаптировались так, чтобы спать и при этом оставаться активными».
Исследования сна животных помогают лучше понять эволюцию и биологическое значение сна.
Немного о птицах — совы и жаворонки действительно бывают?
Да. Кто вы, сова или жаворонок, зависит от хронотипа — то есть склонности человека засыпать в конкретное время. Выяснить, какой у человека хронотип, легко через опросник — общепринятый был разработан Джимом Хорном и Олафом Остбергом в 1976 году.
Хронотип примерно наполовину определяется генетикой и тесно связан с циркадными ритмами — внутренними часами организма. Они привязаны к циклам дня и ночи. От работы внутренних часов зависит время, когда человеку удобнее бодрствовать.
Жаворонки рано ложатся спать и рано встают — максимальный уровень их умственной и физической активности приходится на первую половину дня. У сов все наоборот: они ложатся и встают позже, а наиболее эффективны во второй половине дня. Впрочем, есть и третий тип — голуби. Их работоспособность не зависит от времени суток.
Иногда ритм жизни человека не соответствует циркадным ритмам, например когда есть социальные обязанности — рано вставать в школу или на работу, — а биологические часы показывают, что еще надо спать в кровати. В промышленных странах с такой проблемой сталкиваются две трети работающих или учащихся людей. Ученые называют такое явление социальным джетлагом — и оно приводит к неприятным последствиям: у человека нарушается бдительность, падает продуктивность, возникает депривация сна.
Все организмы на Земле живут по ритмам. Сон, принятие пищи, бодрствование и другие биологические процессы подчинены работе внутренних часов. Долгое время ученые ломали голову: как же работают эти часы? Исследования растянулись на десятилетия, однако их важность научное сообщество оценило со временем.
Все началось в первой половине XVIII века, когда французский астроном Жан-Жак Дорту де Меран заложил основы современной хронобиологии. Произошло это так.
В 1729 году ученый изучал мимозы. Уже было известно, что это растение раскрывает свои листья перед солнцем и закрывает с наступлением сумерек. Однако Меран решил пойти дальше и задался вопросом: что произойдет, если растение будет находиться в темном помещении постоянно? Оказалось, что мимоза прятала и раскрывала свои листья в соответствии со временем суток, хотя солнечные лучи на него не попадали. Мимоза жила в своем собственном ритме.
Долгое время ученые продолжали изучать биологические ритмы на растениях, но во второй половине XX века все изменилось. В 1965 году американский психофизиолог Курт Рихтер посчитал, что отвечающий за биоритмы центр находится рядом с гипоталамусом — в маленьком участке в центре мозга. Он проводил эксперимент на крысах: когда эта область мозга разрушалась, животные теряли естественные биологические ритмы. Днем они играли и рыскали в поисках пищи, а ночью мирно спали. Казалось бы, что тут удивительного? Но крысы — ночные животные.
Через семь лет гипотеза Рихтера была уточнена. Две группы исследователей независимо друг от друга обнаружили точное место внутренних часов — скопление нейронов рядом со зрительными нервами. Их назвали супрахиазменными ядрами. Они получают от глаз сигнал об уровне света — это происходит благодаря ганглионарным клеткам с меланопсином, который обнаружил в 1991 году нейробиолог Рассел Фостер.
Однако для ученых давно было очевидно, что механизм внутренних часов настраивается на уровне генов. В 1971 году Сеймур Бензер и его ученик Рональд Конопка нашли у плодовых мушек ген, ответственный за циркадные ритмы. Они назвали его PER (от английского period). Но описать, как он влияет на циркадные ритмы, ученые не смогли.
Приблизительно через 10 лет работу Бензера и Конопки завершили их коллеги — Джеффри Холл и Майкл Росбаш из Университета Брандейса в Бостоне и Майкл Янг из Университета Рокфеллера в Нью-Йорке. Они выделили у плодовых мушек ген PER — и оказалось, что он ответственен за выработку белка, который накапливается в течение ночи и разрушается днем. Этот белок блокирует действие гена PER, что приводит к тормозному механизму обратной связи — основе циркадного ритма. Весь процесс — от синтеза до распада — как раз и составляет примерно 24 часа.
За открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадный ритм, Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг в 2017 году получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
При проблемах со сном советуют пить мелатонин. Он помогает?
Прежде чем говорить о мелатонине — важная ремарка. Не стоит принимать какой-либо препарат без предварительных консультаций с врачом: он назначит дозировку и определит, нужен ли он вообще.
Мелатонин — гормон, который вырабатывается эпифизом (шишковидной железой). Главная задача мелатонина — регулировать циклы «сон — бодрствование», или же циркадианные ритмы.
Обычно организм вырабатывает мелатонин сам. Этот процесс начинается с наступлением ночи, а пик достигается в промежутке между 23:00 и 03:00 часами: тогда уровень мелатонина в 10 раз больше дневной нормы. А вот ближе к утру его становится меньше, поскольку скоро начинается фаза бодрствования. Переключение между режимами сна и бодрствования — это и есть циркадные ритмы. О них мы говорили подробно в прошлой главе.
Иногда циркадные ритмы нарушаются, и организму необходим дополнительный мелатонин. Например, при джетлагах — расстройстве сна, которое возникает из-за смены часовых поясов. Хотя обычно джетлаг проходит сам: организму требуется три-пять дней для адаптации. Еще мелатонин назначают при нарушениях сна из-за посменной работы.
Некоторые ученые ищут мелатонину нестандартное применение. Например, этот гормон может использоваться для облегчения побочных эффектов химиотерапии. Дело в том, что химиотерапия поражает не только опухолевые клетки, но и здоровые, а после в организме остается много активных нежелательных молекул. Мелатонин захватывает их и не дает им разрушать клетки. В итоге снижается вред от химиотерапии. Однако, чтобы подтвердить эту теорию, ученым все еще нужно провести больше исследований.
Сколько надо спать?
Рекомендации американского Национального фонда сна зависят от возраста: новорожденным детям нужно 14–17 часов сна, а взрослым — семь-девять. По мнению экспертов, такое количество сна необходимо здоровому человеку, но оно может варьироваться в зависимости от индивидуальных особенностей.
Иногда людям требуется гораздо меньше сна, чем рекомендуют специалисты. Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско исследовали необычную семью: ее членам было достаточно менее шести часов сна. У них взяли биообразцы и обнаружили мутацию в гене ADRB1. Чтобы узнать больше о влиянии мутации на мозг, исследователи создали мышей с измененным геном: они спали каждый день почти на час меньше, чем обычные мыши.
«У тех, кто меньше спит от природы, качество и эффективность сна выше, — сказал руководитель исследования доктор Ин-Хуэй Фу. — Изучая их, мы надеемся узнать, что способствует хорошему сну, чтобы все мы могли лучше спать, ведя более счастливую и здоровую жизнь».
Из-за недостатка сна ухудшается память, снижаются когнитивные способности, а в крайних случаях возникают галлюцинации. У невысыпающихся людей выше риск развития ожирения, сахарного диабета и сердечно-сосудистых заболеваний.
«Ответить на вопрос “Сколько человеку нужно спать?” очень сложно. Потеря сна может быть компенсирована его качеством или глубиной, — говорит профессор Оксфордского университета Владислав Вязовский. — Вообще я верю, что мы можем спать меньше. Ведь животные могут, а в людях нет ничего особенного. Надо найти условия, при которых это возможно. Но в мейнстримной научной литературе примеров пока нет».
Если ночью поспать не получилось — тревожные мысли не давали заснуть или приходилось постоянно ворочаться, — то стоит ждать последствий: вялости, сонливости и нежелания что-либо делать. Специалисты Американской академии медицины сна подготовили список рекомендаций, которые помогут улучшить сон. Вот некоторые пункты:
