Реклама

Новости от Лабиринта Мандрагоры

4 октября 2013 г.


Для чего действительно нужен сон

Существует очень привлекательная теория, объясняющая, зачем нужен сон: для закрепления памятного следа путём «проигрывания» новообразовавшихся за день связей в коре и гиппокампе. Эта гипотеза объясняет также и сны как результат одновременного воспроизведения разных памятных следов. Эта идея многим нравится, потому что нас всех чертовски интересуют сны (правда, только свои) и мы весьма дорожим своей памятью как основой личности.

Проблема в том, что, приняв консолидацию памяти в качестве основного назначения сна, нам также придётся признать, что опоссум, который спит 19 часов в сутки, имеет очень бурную жизнь и ему, в отличие от нас, есть что помнить. Или, наоборот, у него большие трудности с запоминанием и ему нужно на это дело много времени. Но тогда сразу оказывается, что по скорости запоминания нам не сравниться с ослами. Ослы спят 3 часа.

Хорошая теория должна объяснять максимально возможное количество известных фактов. Пробежимся по фактам.

Достоверно известно, что спят все млекопитающие и птицы. Близкий к нашему сон также обнаруживается у высокоразвитых рептилий. А вот дальше начинаются трудности. Дело в том, что мы умеем достоверно определять сон только когда можем регистрировать энцефалограмму (ЭЭГ — суммарную электрическую активность мозга). Кроме того, полезно также иметь окулограмму (запись движений глаз), миограмму (активность мышц) и кардиограмму. Есть два принципиально разных компонента сна: медленноволновой и парадоксальный. Медленноволновой сон характеризуется высокоамплитудными колебаниями ЭЭГ с частотой 0,5—4 Гц. В это время мышцы расслаблены, но их тонус сохраняется. Глаза либо неподвижны, либо очень медленно дрейфуют. Сердечный ритм падает. Во время парадоксального сна картина резко меняется: в ЭЭГ высокочастотная низкоамплитудная активность, мышцы фактически парализованы (атония мышц), а глаза совершают резкие очень быстрые скачки с нехарактерными для бодрости размахом и скоростью. Часто наблюдается аритмия — нерегулярность сердечной деятельности. Чередование медленноволнового и парадоксального сна есть у всех плацентарных млекопитающих.

Медленные ритмы во сне генерируются между таламусом и корой, так что у животных, не имеющих коры, их будет сложновато найти. Не говоря уже о тех, у кого нет не только коры, но и таламуса. Поэтому применительно к таким животным мы можем говорить только о сноподобных состояниях, в которых поведенчески мы наблюдаем всё то же самое, что у животных с «настоящим» сном:

  • циклическое чередование состояний активности и покоя с характерными временами;
  • меньшая способность отвечать на стимул в состоянии покоя (например, негромкий, но неожиданный звук в бодрствовании привлекает внимание и вызывает ориентировочную реакцию, а во сне — нет);
  • увеличение длительности состояния покоя, если состояние активности искусственно продлено;
  • продление периодов бодрости и покоя как реакция на стимуляторы и успокоительные (например, даже дрозофилы от кофеина бодрятся);

и т.д. В таком виде сон наблюдается почти у всех животных, от рыб до червей. При этом довольно сомнительно, что необходимость в запоминании и система хранения памятного следа у человека и нематоды одинаковы.

Очевидный способ проверить, зачем нужен какой-то процесс, — посмотреть, что случается в его отсутствие. Самый удачный метод депривации сна придумал Rechtschaffen, это метод «диск над водой»: две крысы живут на диске, расположенном над ёмкостью с водой, ёмкость разделена вертикальной перегородкой, немного не доходящей до поверхности диска; обеим крысам имплантированы электроды, с которых регистрируется ЭЭГ; одну из крыс лишают сна с помощью программы, анализирующей ЭЭГ, программа запускает медленное вращение диска каждый раз, когда на ЭЭГ регистрируется сон, при этом крыса вынуждена проснуться и начать передвигаться, иначе перегородка сбросит её в воду; вторая крыса является контролем, т.к. движение диска в основном с её сном не совпадает. В этой установке проводилось множество экспериментов с полной депривацией сна, я здесь приведу обобщённую картину.

Полная депривация сна неизбежно вызывает гибель животных через 2-3 недели. При депривации сна крысы теряют вес на фоне увеличивающегося потребления пищи. У них появляются изъязвления на коже и выпадает шерсть. Температура тела сперва повышается, затем начинает падать. Энергетический обмен становится крайне неэффективен (потеря тепла и массы тела на фоне увеличения притока калорий). У крыс разлаживается терморегуляция, они явно начинают мёрзнуть и в режиме свободного выбора температуры окружающей среды они доводят температуру клетки до 37 градусов, хотя без депривации сна их комфортный уровень около 26 градусов. Иногда у депривированных крыс возникает заражение крови, предположительно из-за ухудшения барьерных свойств желудочно-кишечного тракта. Однако антибиотики не предотвращают смерть крыс от депривации сна. Причина смерти крыс остаётся неясной. Возможно, она просто не одна, слишком много систем портится одновременно.

К удивлению исследователей, мозг крыс оказался практически не повреждён депривацией сна. Влияние депривации сна на мозг изучали несколькими методами: проводилась оценка уровня фрагментации ДНК в результате возможного окислительного стресса (TUNEL technique), специальная окраска срезов мозга красителями, чувствительными к деградации нейронов (Fluoro-Jade), оценка экспрессии генов ответа на стресс и генов, связанных с апоптозом (программируемой смертью клеток). Никаких отличий от контроля у депривированных крыс не было обнаружено. То есть если при депривации сна что в организме и оказывается более-менее неповреждённым, то это мозги.

На людях проводились эксперименты с частичной депривацией сна. При четырёхчасовом сне в течение 6 дней у людей возникают расстройства энергетического обмена, особенно утилизации глюкозы. Анализ влияния на организм человека привычного снижения количества сна на больших выборках выявил, что систематическое ограничение сна до 6 часов в сутки ведёт к ожирению (вероятно, вследствие гиперкомпенсации ухудшения обмена веществ увеличением количества съедаемой пищи), проблемам с пищеварительным трактом и сердечно-сосудистой системой (а вовсе не к ранней деменции). У людей, вынужденных постоянно менять ритм сна и бодрствования (например, у работающих сутки через двое) возникают язвенные колиты и другие нарушения работы кишечника.

Разумеется, при депривации сна страдает и память. Но с такими основными эффектами депривации как-то странно считать, что основная функция сна — укрепление памяти. В конце концов, сон много чего улучшает. Например, после сна пропадает краснота глаз, но никто почему-то не говорит, что сон нужен для ликвидации красноглазости. Кроме того, консолидация памяти прекрасно происходит и безо всякого сна: если выучить стишок с утра, вам не нужно спать, чтобы вспомнить его вечером. Сон явно нужен для ликвидации каких-то метаболических проблем, но мы пока не знаем ни каких именно проблем, ни как происходит их ликвидация.

Таким образом, в пространстве гипотез у нас остаётся только две опции:

  1. мухи отдельно, котлеты отдельно: у тела во время бодрствования накапливаются метаболические проблемы, которые надо решать, тело их решает, а мозг «в свободное время» занят чем-то своим, например реогранизацией памяти;
  2. котлеты привлекают мух: мозг периодически переходит в принципиально другой режим активности неспроста, в это время он занят решением метаболических проблем всего тела.

Вариант «котлеты привлекаются мухами», как мне кажется, рассматривать смысла нет.

P.S. Юношам (и девушкам), обдумывающим житьё: если вам было бы интересно заниматься изучением сна, я могу вас пристроить в одну хорошую лабораторию в Москве. То есть вы мне напишете личное сообщение, и я вам устрою собеседование. Сгодится биолог, физик или медик, можно на курсовую, диплом или диссер.

Источники:

  1. Rechtschaffen, A, and Bergmann, BM. Sleep Deprivation in the Rat: An Update of the 1989 Paper. SLEEP, 2002.
  2. Cirelli C, Shaw PJ, Rechtschaffen A, Tononi G. No evidence of brain cell degeneration after long-term sleep deprivation in rats. Brain Res. 1999.
  3. Keefer L, Stepanski EJ, Ranjbaran Z, Benson LM, Keshavarzian A An initial report of sleep disturbance in inactive inflammatory bowel disease. J. Clin. Sleep Med., 2006.
  4. Knutson KL, Turek FW, 2006. The U-shaped association between sleep and health: the 2 peaks do not mean the same thing. Sleep, 29, 881-889.
  5. Levy P, Tamisier R, Arnaud C, Monneret D, Baguet JP, Stanke-Labesque F, Dematteis M, Godin-Ribuot D, Ribuot C, Pepin JL. Sleep deprivation, sleep apnea and cardiovascular diseases. Biosci (Elite Ed). 2012.
  6. William C. Orr Esophageal function during sleep: Another danger in the night. Sleep Medicine, 2007.
  7. Francesco P. Cappuccio, Daniel Cooper, Lanfranco D’Elia, Pasquale Strazzullo, and Michelle A. Miller. Sleep duration predicts cardiovascular outcomes: a systematic review and meta-analysis of prospective studies European Heart Journal, 2011.
  8. Ji D & Wilson MA Coordinated memory replay in the visual cortex and hippocampus during sleep Nature Neuroscience, 2007.
  9. Raizen DM, Zimmerman JE, Maycock MH , Ta UD, You Y, Sundaram MV & Pack AI Lethargus is a Caenorhabditis elegans sleep-like state. Nature, 2008.

Источник: http://www.strf.ru

Загружается блок комментариев HyperComments

Эта новость прочитана 1485 раз
Рейтинг: 1

Новости схожей тематики

22.09.2017 г. Найдена польза недосыпания
10.07.2017 г. Стремление к достижению цели улучшает сон
20.04.2017 г. У сумчатого волка практически нет шансов выжить
07.04.2017 г. В чём кроется разница между «совами» и «жаворонками»
24.03.2017 г. Женщина во сне пришла в супермаркет за покупками
23.03.2017 г. Женщина в вареном яйце обнаружила алмаз

Самые популярные новости за сентябрь

22.09.2017 г. 57  В Калифорнии телезрителей предупредили о конце света
22.09.2017 г. 47  Найдена польза недосыпания
22.09.2017 г. 46  Определена оптимальная недельная физическая нагрузка
20.09.2017 г. 43  Биологам удалось опознать загадочное зубастое существо с техасского пляжа
21.09.2017 г. 40  Организм не предназначен для бессмертия

Лента новостей

 15:23  22.09
Человек

Найдена польза недосыпания

Найдена польза недосыпания Американские психологи выяснили, что депривация сна в определённых случаях помогает справиться с депрессией.

В Калифорнии телезрителей предупредили о конце света

В Калифорнии телезрителей предупредили о конце света Жители округа Ориндж (штат Калифорния, США) стали свидетелями экстренного объявления о конце света по телевидению.

 12:16  22.09
Человек

Определена оптимальная недельная физическая нагрузка

Определена оптимальная недельная физическая нагрузка Учёные из Университета Макмастера в Канаде выяснили, что 30-минутная физическая активность пять дней в неделю уменьшает риск смерти от сердечно-сосудистых заболеваний и других причин, а также продлевает жизнь.

 16:12  21.09
Апокалипсис

Землю ждёт очередное глобальное вымирание

Землю ждёт очередное глобальное вымирание Геофизик Даниэль Ротман из Массачусетского технологического института с помощью математической модели выяснил, что в конце XXI века на Земле начнется новое глобальное вымирание.

 12:03  21.09
Человек

Организм не предназначен для бессмертия

Организм не предназначен для бессмертия Исследователи из Института молекулярной биологии в Германии раскрыли механизм неизбежного старения и смерти организма.

Биологам удалось опознать загадочное зубастое существо с техасского пляжа

Биологам удалось опознать загадочное зубастое существо с техасского пляжа Специалисты идентифицировали загадочное зубастое существо, найденное на техасском пляже после нашествия урагана «Харви».

Из нитей ДНК собрали наноробота-врача

Из нитей ДНК собрали наноробота-врача Назначением наноробота стала адресная доставка лекарств не просто к больным органам, но и к конкретным клеткам, а также сортировка определённых молекул.

 13:02  19.09
Апокалипсис

Климатологи спрогнозировали близкую катастрофу на Земле

Климатологи спрогнозировали близкую катастрофу на Земле Американские учёные спрогнозировали наступление к 2100 году на Земле климатической катастрофы.

Медики создали пластырь для похудения

Медики создали пластырь для похудения Группа учёных Медицинского центра Колумбийского университета и университета Северной Каролины разработала нанопластырь, способствующий похудению.

Названа новая опасность для человека со стороны кошек

Названа новая опасность для человека со стороны кошек Международная группа учёных выяснила, что Toxoplasma gondii (передающийся от кошек к людям паразит) вызывает изменения в мозге человека, которые могут усугубить неврологические заболевания.

 12:00  18.09
Апокалипсис

Искусственный интеллект опять назвали угрозой человечеству

Искусственный интеллект опять назвали угрозой человечеству Физик-теоретик Макс Тегмарк из Массачусетского технологического института назвал самый вероятный негативный сценарий будущего человеческой цивилизации.

В Британии объявили о нахождении могилы Джека Потрошителя

В Британии объявили о нахождении могилы Джека Потрошителя Британец Дэвид Буллок установил, что серийным убийцей Джеком Потрошителем был некто Томас Катбуш, чья могила расположена на лондонском кладбище Нунхед.

 В избранное •  Получать новости на e-mail •  RSS-канал • Архив Архив новостей
Реклама



Цитаты


Ошибки молодых — неиссякаемый источник опыта для тех, кто постарше.
Веслав Брудзиньский
Реклама

  •
Статистика

Hовости | Библиотека | Заговоры | Лекарственные растения | Энциклопедия | Имена | Гороскопы | Камни | Календарь | Цитаты | Гадания | Сонник | Каталог | О проекте | Гостевая | Форум |
Лабиринт Мандрагоры ©2003–2017
Использование информации, размещенной на сайте, приветствуется, но указание ссылки — обязательно
Обратная связь
Создание / Редактирование страницы: / 2013-10-04 00:00:00 •