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 1697 раз
Рейтинг: 1

Новости схожей тематики

05.01.2018 г. Дневной сон не заменит ночной
24.12.2017 г. Учёные рекомендуют детям употреблять рыбу
11.12.2017 г. Названа ещё одна опасность недосыпания подростков
10.12.2017 г. Как обеспечить крепкий сон
27.11.2017 г. Ричард Брэнсон намерен отправить в космос 900 туристов
19.10.2017 г. Предложено объяснение свойств шара в руке Христа на картине да Винчи

Самые популярные новости за февраль

17.02.2018 г. 68  Новый фильтр из графена может сделать питьевой любую воду
16.02.2018 г. 65  Американец утверждает, что может путешествовать во времени
15.02.2018 г. 52  Теперь робот компании Boston Dynamics может открывать двери
14.02.2018 г. 44  Учёные приступают к изучению неизвестной экосистемы
13.02.2018 г. 40  Астероид Оумуамуа – межзвёздный «гость» с богатым прошлым

Лента новостей

Новый самолёт можно будет принять за НЛО

Новый самолёт можно будет принять за НЛО Правительство США начало финансирование проекта по созданию нового экспериментального самолёта, который будет намного тише, чем другие сверхзвуковые самолёты.

Новый фильтр из графена может сделать питьевой любую воду

Новый фильтр из графена может сделать питьевой любую воду Учёные разработали новый тип фильтра для воды из графена, состоящего из атомов двумерных аллотропных модификаций углерода, способного сделать питьевой даже загрязнённую морскую воду.

Американец утверждает, что может путешествовать во времени

Американец утверждает, что может путешествовать во времени Один из жителей Соединённых Штатов утверждает, что способен «видеть» и предсказывать ближайшее будущее.

 18:26  15.02  
Новости науки

Теперь робот компании Boston Dynamics может открывать двери

Теперь робот компании Boston Dynamics может открывать двери Модернизированный и усовершенствованный робот-собака (или мини динозавр) SpotMini обрёл способность открывать и придерживать дверь.

Учёные приступают к изучению неизвестной экосистемы

Учёные приступают к изучению неизвестной экосистемы Новая экспедиция намерена исследовать неизученную до сих пор экосистему, скрывавшуюся под огромным антарктическим айсбергом.

 13:42  13.02
Космос

Астероид Оумуамуа – межзвёздный «гость» с богатым прошлым

Астероид Оумуамуа – межзвёздный «гость» с богатым прошлым Космическое тело, известное как Оумуамуа, хаотично вращается на протяжении многих миллиардов лет. Учёные озвучили свою версию такого поведения.

 17:24  12.02
Человек

Охота и способность к рисованию ускорили эволюцию наших предков

Охота и способность к рисованию ускорили эволюцию наших предков Наши предки были искусными художниками и то, как они охотились на добычу, возможно, стало следствием их значительного преимущества в развитии над неандертальцами.

Ученые создают самовосстанавливающуюся электронную кожу

Ученые создают самовосстанавливающуюся электронную кожу Новый материал способен восстанавливать сам себя при повреждении и даже может быть использован для создания новой кожи. Такие потрясающие свойства имеет новейшая разработка самовосстанавливающейся электронной кожи Е-skin.

В янтаре обнаружен ископаемый паук с хвостом

В янтаре обнаружен ископаемый паук с хвостом Учёные определили вид длиннохвостого прото-паука, возраст которого насчитывает более 100 миллионов лет. Оказывается, что у пауков когда-то были хвосты.

Раскрыта тайна 500-летнего секретного кода

Раскрыта тайна 500-летнего секретного кода Письма, написанные одним из наиболее известных монархов Испании королём Фердинандом II Арагонским своему главному военному командиру, были, наконец, расшифрованы.

Вирусы переносятся между континентами с помощью атмосферы

Вирусы переносятся между континентами с помощью атмосферы Новое исследование показало, что миллионы различных вирусов могут передаваться не только между животными или людьми, но и способны мигрировать между континентами Земли через атмосферу.

 16:36  07.02  
Космос

Миссия SpaceX Falcon: трудный запуск – огромный успех

Миссия SpaceX Falcon: трудный запуск – огромный успех Самая мощная и сверхтяжёлая в мире ракета успешно стартовала с взлётной площадки и вышла в открытый космос. Это историческое событие стало очередной победой компании SpaceX в покорении космического пространства.

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



Цитаты

Библия учит нас любить ближних, она так же учит нас любить врагов; может быть, потому что это обычно одни и те же люди.
Гилберт Кит Честертон
Реклама

 
Статистика

Hовости | Библиотека | Заговоры | Лекарственные растения | Энциклопедия | Имена | Гороскопы | Камни | Календарь | Цитаты | Гадания | Сонник | Каталог | О проекте | Гостевая | Форум |
Лабиринт Мандрагоры ©2003–2018
Использование информации, размещенной на сайте, приветствуется, но указание ссылки — обязательно
Обратная связь
Создание / Редактирование страницы: / 2013-10-04 00:00:00 •