Чем занят мозг пока мы спим? (продолжение)

Грей Уолтер еще в 1953 г. предположил, что"чувствительность мозга к электрическим воздействиям могла бы обеспечить связь с некоторым началом, пронизывающим все вокруг нас"!.Уместно заметить, чтодлина волны электромагнитных колебаний с частотой альфа-ритма оказывается весьма близкой к длине окружности земного шара и естественным резонансам системы Земля-ионосфера..
Исследуя электромагнитные поля в сферическом слое, ограниченном поверхностью Земли и нижней ионосферой, В.О. Шуман в 1952 г. сначала теоретически предсказал, а затем экспериментально подтвердил существование естественных резонансов вполости Земля-ионосфера. Предсказанные им резонансные частоты соответствуют так называемым "стоячим волнам" в тонком сферическом волноводе Земля-ионосфера, и длина волны для электромагнитных колебаний основного резонанса близка к длине окружности земного шара – вспомним оценку для альфа-ритма мозга человека. В дневные часы Шуманом и Кёнигом были зарегистрированы одиночные "цуги" колебаний амплитудой до 100 мкВ/м с частотой заполнения 9 Гц, обычно длившиеся 0.3-3 сек, реже до 30 сек. Для основной, самой интенсивной, спектральной линии возможны вариации резонансной частоты в пределах 7-11 Гц, но большей частью в течениесуток разброс резонансныхчастот обычно лежит в пределах ±(0.1-0.2) Гц. Ширина полосы резонанса2.5 Гц.
Наибольшей интенсивности резонансные колебания в полости Земля-ионосфера достигают днем. На частотеоколо 8 Гц спектральная плотность колебаний составляет 0.1 мВ/м Гц в магнитоспокойные дни и возрастает на 15% во время магнитных бурь. Ночью резонансные свойства слабее выражены, так как возрастает утечка низкочастотных электромагнитных волн сквозь ионосферу, в это время пониженную электронную концентрацию.Отношениепослеполуденного максимума амплитуд к ночному минимуму составляет 5-10 раз.
По единодушному мнению большинства специалистов, причиной возбуждения электромагнитных колебаний на резонансных частотах, определяемых формой и размерами Земли, служат разряды атмосферного электричества – молнии, вызываемые всей совокупностью гроз на земном шаре (примерно 100 разрядов в секунду).
Давайте рассмотримосновные типы ритмов мозга:
дельта-ритм (от 0.5 до 4 колебаний в секунду, амплитуда - 50-500 мкВ);
тэта-ритм (от 5 до 7 колебаний в секунду, амплитуда – 10-30 мкВ);
альфа-ритм(от 8 до 13 колебаний в секунду, амплитуда – до 100 мкВ);
сигма-ритм – "веретена" (от13 до 14 колебаний в секунду);
бета-ритм (от 15 до 35 колебаний в секунду, амплитуда – 5-30 мкВ);
гамма-ритм (от 35 до 100 колебаний в секунду, амплитуда – до 15 мкВ);
Колебания альфа-ритма и другие электромагнитные проявления мозговой деятельности отображают весьма сложные психо-физиологические процессы в живом мозгу. Имеющиеся статистические и экспериментальные данные определенно свидетельствуют в пользу того, что характер альфа-ритма является врожденным и, вероятно, наследственным.
Грей Уолтер и американский психолог Уоррен Мак-Каллок высказали достаточно обоснованную гипотезу о том, что альфа-ритм характеризует процесс внутреннего"сканирования" мысленных образов при сосредоточении внимания на какой-нибудь умственной проблеме. Наблюдается, например, любопытное совпадение между частотой альфа-волн и периодом инерции зрительного восприятия (примерно 0.1 секунды).
Когда мы закрываем глаза, наши альфа-ритмы усиливаются и приобретают характер длинных рядов синусоидальных колебаний. У большинствалюдей альфа-волны исчезают, когда они открывают глаза и перед ними возникает та или иная реальная картина. Это позволяет думать, утверждает Грей Уолтер, что альфа-ритм – это процесс сканирующих поисков паттерна, затухающий, когда паттерн найден.
Когда мы начинаем испытывать сонливость, на электроэнцефалограмме прежде всего наблюдаетсяуменьшение интенсивности альфа-волн, свойственных состоянию бодрствования, и их постепенное замещение тэта-ритмами.
У спокойно спящего человека доминируют медленные дельта-волны, хотя во время сна могут возникать несколько периодов появления быстрых колебаний.
Сон способствует отдыху и восстановлению химических соединений, необходимых для напряженной деятельности. Неотъемлемой частью сна являются сновидения. К заболеваниям как самого мозга, так и других органов приводит не только недостаток сна, но и недостаток сновидений. Поданным ученых,уже на 20-й неделе у плода появляются циклы, соответствующие быстрыми медленным фазам сна. Сновидения, посещающие нас, соответствуют быстрым фазам сна.
Исследования показали, что в первые сутки жизни ребенка 22 часа отведены сну, 80% которого составляет фаза быстрого сна. У 5-летнего ребенка на быстрый сон отводится в среднем 5 часов в сутки от общего времени сна. Для 30-летнего человека характерна 8-часовая продолжительность сна в сутки, и фаза быстрого сна приблизительно равна 2 часам. 65-летнему человеку отводится всего 1,5 часа на сновидения. Фазы сна сменяют друг друга за ночь несколько раз. Глубокий (медленный)сон продолжительностью 90 минут несколько раз меняется поверхностным (быстрым) продолжительностью по 10-15 минут. В процессе быстрого сна мозг так же интенсивно работает, как и при бодрствовании.
Исследуя механизмы сна, ученые постепенно приближались к пониманию процессов, происходящих в нервной системе. Химический состав экстракта мозга животных, которым не давали спать более недели, содержит снотворные вещества. Введение такого экстракта бодрым животным вызывало у них безудержное состояние сна.Общее физическое состояние организма, состав крови неразрывно связаны с особенностями сновидений. С точки зрения медицины, по сновидениям можно распознать болезни.
Проанализировав тысячи снов, учеными была высказана точка зрения, что болезнь Боткина (желтуху) можно предвидеть за неделю, невроз – от недели до нескольких месяцев, хронический гастрит – около месяца, гипертонию – за 2-3 месяца, а опухоли головного мозга – за год. Источником сновидений являются возбуждения, приходящие не из внешнего мира, а из внутренних органов тела – желудка, кишечника, мочевого пузыря, легких и т.д. Все эти органы связаныс корой головного мозга, следствием чего могут бытькошмарные сны.
Ученые утверждают, что в сновидениях нет ничего мистического. Стойкий очагвозбуждения в клетках мозга после мыслительнойработы во время бодрствования продолжает функционировать во сне. Такая работа мозга может привести к умозаключению и будущим открытиям. Возможно, наступит время, когда ученые смогут по нервным импульсам воссоздать анимационную картинку, изображающую содержание сновидения.
-
Испытуемые подвергались транскраниальной магнитной стимуляции — воздействию коротких электрических импульсов на небольшие участки мозга
Слева: клетки бодрствующего мозга могутпередавать полученные при транскраниальной стимуляции сигналы дальше, в участки мозга, отвечающие за восприятие, мышление и сознательные действия. Справа: сигнал, переданный клетками мозга, погруженного в глубокий сон, быстро гасится и не выходит далеко за пределы стимулируемого участка
(фото с сайта www.wisc.edu)
Глубокий сон разбивает мозг на изолированные «островки»
04.10.2005. elementy.ru
Нервные клетки бодрствующего мозга постоянно «общаются» друг с другом, передавая стандартные электрические сигналы. Как оказалось, во время глубокого сна целостность этой «распределенной вычислительной сети» разрушается, а ее составные части распадаются на множество«локальных» сетей.
К такому выводу пришла группа американских ученых под руководством профессора психиатрии Джулио Тонони (Giulio Tononi) из Висконсинского университета в Мэдисоне, проведя эксперименты надиспытуемыми с помощью метода транскраниальной магнитной стимуляции мозга.
Как сообщает журнал Science от 30 сентябряученые сравнили отклик нервных клеток на стимулирующие электромагнитные импульсы, получаемые в состоянии бодрствования и глубокого сна.
В первом случае, пишет PhysOrg, электромагнитноевоздействие, приложенное к произвольно выбранной области мозга, сопровождалось постепенно затухающими волнами возбуждения, разбегающимися в разных направлениях по всему мозгу.
Итак, мы выдвинули гипотезу, что сновидения - способ усложнять нейронные сети, обеспечивающие важные для бодрствования формы поведения. Таким образом процессы во внутреннем мире готовят нас к решению задач, которые ставит перед нами большой, внешний мир…
Во время подготовки статьи поступило сообщение о фактах, подтверждающих изложенное в ней предположение. Журнал Nature опубликовал работу японских ученых воглаве с Тацухиро Хисацунэ из Токийского университета, в которой показано, что тета-ритм, генерируемый мозгом на эмоциональной фазе быстрого сна (когда снятся яркие сновидения!), усиливает синтез гамма-аминомасляной кислоты, стимулирующей размножение нейронов.
Во сне люди учатся, как вести себя в экстремальных ситуациях
05.10.2005. Грани
Возможно, во сне люди учатся, как вести себя в экстремальных ситуациях. К такому выводу пришли ученые из Университета Сан-Раффаэле в Италии, исследуя симптомы так называемого REM-расстройства - нарушения сна, которое практически всегда связано с агрессивным поведением.
Пациенты,страдающие REM-расстройством, не просыпаясь, ведут себя агрессивно по отношению к окружающимили вредятсамим себе. Так, один из них проломил во сне стену своей спальни, другой попытался открыть стрельбу, третий выпрыгнул в окно, четвертый поджег собственную кровать. Сразу несколько пациентов пытались задушить своих жен.
При этом в обычной жизни эти люди были совсем не агрессивны, скорее напротив. Кроме того, помимо нарушений сна, они не страдали какими-либо психическими расстройствами. Пытаясь понять причины возникновения REM-расстройства, медики Италии обнаружили, что страдающие от него пациенты чаще других людей видят сны, связанные с насилием. Кроме того, они часто видят во сне животных и незнакомых людей.
Ученые считают, что их данные подтверждают теорию финского психолога Антти Ревонсуо, согласно которой сны являются "репетицией" экстремальных ситуаций. По мнению психолога, познакомившись с опасностью во сне, человек лучше справляется с ней в реальной жизни. Именно этой цели сны служили с древнейших времен, когда основную опасность для человека представляли дикие животные, - отмечает Ревонсуо.
Согласно этой теории, у людей с REM-расстройствомсистема "симуляции опасности" гипертрофирована настолько, что они время от времени переносят"виртуальную войну" во сне в реальную действительность.
Рано ложиться спать подросткам мешают биологические "часы"
02.11.2005 Медновости
Нежелание многих подростков рано ложитьсяспать не просто протест против родительских правил, оно имеет под собой научное обоснование. Ученые из медицинской школы Брауна (Brown Medical School) в Провиденсе (штат Род-Айленд, США) считают, что это признак перестройки биологических "часов".
Исследования выявили, чтобиологический механизм, вызывающий сонливость, работает у детей и подростков по-разному. По мере взросления ребенка его действие замедляется, что делает многих тинейджеров способными не спать до поздней ночи.
Кроме того, исследователи считают, что перестройка внутренних "часов" мозга, приводящая к смене циклов сна, готовит организм детей к полному взрослению.
Предыдущие исследования профессора психиатрии Мэри Каскэдон (Mary Carskadon) из Браунской школы и ее коллег, дали основание предполагать, что подростки изначально запрограммированы природой на поздний уход ко сну и подъем. Дело в том, чтомелатонин - гормон, который оповещает организм о наступление ночи, - в подростковом возрасте начинает вырабатываться на два часа позже.
Щекотка и сон - смешно и научно
News.bbc.co.uk
"Люди с шизофренией могут успешно щекотать себя, потому что они принимают галлюцинацииза реальность, им кажется,что их щекочет кто-то другой, - говорит доктор Блэгроув. - Самощекотку они воспринимают так же интенсивно, как щекотку, производимую кем-то другим".
Щекотка в момент пробуждения - именно в этом заключался один из этапов чудного эксперимента, проведенного в университете Уэльса.
Две тысячи лет человечество удовлетворялось мудростью Аристотеля, гласившей, что сон — это полпути, пройденные к смерти. Две тысячи лет лишь философы упражнялись в определениях сущности иллюзорного мира сна. Ситуация изменилась только тогда, когда вместилищем души и разума стали считать мозг. В результате распространения теорий Дарвина и Фрейда с человека сдернули пеленубожественности и начали изучать механизмы (слово-то какое неживое!) функционирования организма и мозга. Это было время необыкновенной веры в науку. Организм в представлениях ученых виделся сложным автоматом. Казалось, стоит лишь понять, какие винтики и шестеренки слагают этот автомат — и откроется тайна жизни и разума. И ничего чудесного! Томас Эдисон вложил свои капиталы в разработку новой тогда рентгеновской техники: ему очень хотелось просветить волшебными лучами голову, чтобы увидеть воочию, как работает мозг. И он раз за разом просвечивал рентгеновскими лучами свою голову. Несмотря на то, что Эдисон ничего особого не увидел, его эксперименты воспринимались публикойкак нечто забавное, но естественное. Ведь мозг утвержден был ведущей структурой мыслительного процесса и, естественно, его остановки — сна.

Долгое время считали, что сон — это просто отдых дляперегруженной машины мозга, предохраняющий его от преждевременного износа. Кроме мозга во время сна отдыхают натруженные мышцы, кости. Эта простая теория не согласуется, однако, с фактами.
Еще в середине ХХ века подсчитали: метаболизм мозга спящего человека лишь на 10-15% ниже, чемво время неглубокой дремы. А уставшие мышцы могут отдохнуть и просто в состоянии покоя. Получается, что организму нет никакой нужды проводить треть жизни беззащитным и голодным. Только ради десятипроцентной эффективности отдыха естественный отбор не стал бы рисковать целой особью. Действительно, животное во время сна не способно среагировать на опасность, быстро сориентироваться — а коварный враг всегда совершает свои черные дела под покровом ночи... Естественный отбор должен был бы озаботиться проблемой беззащитности спящих. И вместо различных сложных устройств типа нор, гнезд, безопасных убежищ для сна сотворить универсальный тип чутко дремлющего животного. Однако естественный отбор почему-то этим не занялся.
Эти подсчеты и рассуждения приводят к выводу, что сон — это не просто отдых, а особое состояние мозга, которое отражается в специфическом поведенииживотного. Спящее животное, во-первых, принимает характерную для вида сонную позу, во-вторых, его двигательная активность резко снижается, в-третьих, оно перестает реагировать на внешние раздражители, однако способно в ответ на внешнюю или внутреннюю стимуляцию проснуться. Следуя этим внешним признакам сна, окажется, что спят очень многие животные, как высшие, так и низшие.
Жирафы спят на коленях, заворачивая шею вокруг ног; львы лежат на спине, сложив передние лапы на груди, крысы укладываются на бок, а хвостик закручивают к голове. Так же спят и лисы.Летучие мыши засыпают, только подвесившись внизголовой. Как спят кошки, видел любой человек — на боку с вытянутыми лапками. Коровы спят стоя и с открытыми глазами. У дельфинов и китов два полушария мозга спят по очереди. А иначе водное млекопитающее может «проспать» вдох и задохнуться.
Столь же разнообразны и «сонные» привычки птиц. Но в отличие от млекопитающих у птиц сохраняется большая двигательная активность имышечный тонус. Для того чтобы заснуть, птице не обязательно ложиться, она может спать и стоя, и сидя на яйцах. Кроме того, многие птицы спят на лету.Иначе во время трансокеанических перелетов и без того измученной птице пришлось бы еще и без сна обходиться. Мигрирующие птицы спят так: каждые 10-15 минут в середину стаи залетает одна из птиц и чуть-чуть шевелит крыльями. Ее несет воздушный поток, создаваемый всей стаей. Потом ее место занимает другая птица. Могут птицы спать не только на лету, нои «на плаву»: утки спят, не вылезая на берег. А попугаи спят, повиснув на ветке вниз головой.
Первая фаза —дремота— наступает, когда мы укладываемся спать. Это совсем неглубокий сон и длится он до 5 минут, если, конечно, несчастного не одолевает бессонница. ЭЭГ этой фазы напоминает ту, что регистрируется во время отдыха. Если дремлющего ничто не потревожит, тодремота переходит во вторую фазу. Она длится до 20 минут, отличается от других появлением на ЭЭГ характерныхимпульсных всплесков высокой частоты и низкой амплитуды — сонных веретен.
Третья фаза —глубокий сон. На ЭЭГ появляются высокоамплитудные волны низкой частоты — дельта-волны, их никогда не наблюдается во время бодрствования. Во время глубокого сна этой и следующей фазы глаза, закрытые веками, совершают медленные движения из стороны в сторону.
Четвертая фаза сна — этоеще более глубокий сон. На ЭЭГ — дельта-волны, дыхание и сердечный ритмзамедляются, температура тела и мозга немного снижается. И вдруг через 20-30 минут глубокого сна мозг вновь возвращается ко второй фазе неглубокого сна. Как будто мозг начинает обратный ход и старается проснуться.Но вместо просыпания, то есть возвращения в первую фазу сна,мозг переходит к пятой фазе, получившей название «РЕМ-сна». Характерный признак этой фазы — быстрое движение глаз из стороны в сторону (rapid eye movement — отсюда название фазы, в противоположность НРЕМ — nonrapid eye movement). У спящего почти полностью пропадает тонус мыщц — так называемая атония, остаются работать только крошечные мышцы слуховых косточек, глазодвигательные мышцы и диафрагма. ЗатоЭЭГ мозга становится такой же, как у проснувшегося человека. Учащается сердечный и дыхательныйритм, поднимается температура и давление. РЕМ-сон длится в среднем 10 минут или около того. К концу ночи в последних циклах продолжительность быстрого сна увеличивается. Получается, что у спящегопри полной обездвиженности мозг чрезвычайно активен. Из-за этого удивительного сочетания признаков РЕМ-сон получил свое второе название — «парадоксальный сон». После того как фаза РЕМ заканчивается, снова следуют в строгой очередности вторая, третья и четвертая фазы.
СПЕКТРОГРАММА СНА. Белым цветом выделен участок РЕМ-сна
(изображение с сайта www.neurotraces.c om)
Во время РЕМ-сна снятся самые эмоциональные и зрелищные сны. Долгое время считалось, что сны вообще снятся только в этовремя. Спавших будили, когда на ЭЭГ появлялись признаки парадоксального сна, и спрашивали, видели ли они сны. В 90% случаев испытуемые подтверждали, что действительно, их разбудили в середине сновидения. Таких экспериментов было проделано множество. Проверяли даже, снятся лисны животным. В 1983 годув Пенсильванском университете под руководством Э. Моррисона кошке сделали очень деликатную операцию, разрушив в мозге микрообласть синего пятна — того места, которое отвечает за атонию во время РЕМ-фазы. После операцииповедение кошки не изменилось, и ЭЭГ регистрировала нормальный сон с нормальной фазой быстрого сна. И что же? — оперированная кошка во время парадоксального сна вставала, начинала иллюзорное исследованиепомещения, гонялась за воображаемой мышью, умывалась... Перед глазамипораженных наблюдателей кошка показывала свои сны. Эти опыты были повторены неодин раз и не только на кошках: действительно, животные видят самые разнообразные сны, вот только эротические сны имникогда не снятся.
В последнее время доказали, что сны снятся и во время медленного сна. Но только эти сны короче ине такие эмоциональные. Чтобы это проверить, спящих будили во время медленного сна первого цикла и спрашивали о сновидениях. В такой постановке опыта исключалась возможностьвспоминания сна из прошлой фазы быстрого сна. В половине случаев испытуемые говорили о сновидениях.
Изучение фаз снас помощью ЭЭГ открыло новую эру в сомнологии. Появились многочисленные исследования фаз сна у животных. Насколько фазы сна универсальны? Не так просто ответить на этот вопрос, так как методика исследований для каждого животного должна быть особой. Ведь мозг у всех животных отличается, значит будут отличаться и ЭЭГ.
А что же случается, если будить животное во время медленного сна? Оказалось, что почти ничего. В первые дни после начала эксперимента начинается адаптация мозга к новым условиям, поведение подопытного животного становится вялым и дезориентированным. А после мозг как будто привыкает: различные участки мозга начинают спать в разное время, и сама фаза медленного сна становится короче. Медленный сон разбивается на короткие отрезки, и участники его спят по очереди. Эти опытыпроводили не только на крысах, но и на обезьянах, а уж про дельфинов давноизвестно, что два полушария у них спят не одновременно. Так чтосмертельно для животноговсе же лишение быстрого сна, а не медленного.
Фрагмент 3. В опытах по лишению сна, как быстрого, так и медленного, животным делали самые различные анализы. Но никаких видимых изменений не было. Единственное, что удалось обнаружить — это резкое увеличение вирусов и бактерий в крови животных, погибших во время принудительного бодрствования. Так как этот симптом наблюдался увсех подопытных животных, то появились предположения, что во время сна происходит настройка иммунной системы. Если не спать, то иммунная система выходитиз строя и перестает бороться с бесчисленными внешними реагентами: вредными веществами и микроорганизмами. Эта гипотеза, однако, справедливо критикуется. Ведь смерть наступает не от той или иной болезни —это ученые мгновенно бы обнаружили и несказанно обрадовались бы. Еще бы! — они получили бы такой простой ответ в запутанном деле. Впрочем, ослабление иммунной системы наверняка имеет место, просто это одна из многочисленных реакций организма на бессонницу, но не причина его гибели.
Другая гипотеза связывает быстрый сон с эволюцией теплокровности у животных. Сторонники этой гипотезы основываются на том, что парадоксальный сон имеется только у теплокровных животных — млекопитающих и птиц, а у других он не найден. Действительно, во время парадоксального сна температура мозга немногоснижается. Это значит, что парадоксальный сон предохраняет мозг от перегрева. Так же действуют системы охлаждения современных компьютерных процессоров: те тоже не могут работать без вентиляторов, и чем мощнее компьютер, тем мощнее должен быть вентилятор. Эта гипотеза также имеет свои ограничения — и вправду, трудно поверить, что столь сложный и активный процесс возник только дляохлаждения мозга.
Фрагмент 4.Интересные эксперименты по выяснению функций медленного сна поставлены в последние три года в Н. И. Пигаревым в ИЭМЭЖ. Кошке вживили в мозг электроды, позволяющие измерить электрический потенциал и стволовых, и кортикальных отделов мозга. Одновременно с этимизмеряли и электрический потенциал различных внутренних органов. Оказалось, что во время медленного сна импульсы мышц желудка совпадают с импульсами группы клеток лобной доли коры. Этот отдел в норме отвечает за переработку сигналов от сенсорных систем, в основном обрабатывает зрительную информацию. Результаты экспериментов означают, что во время медленного сна стимулы от рецепторовсенсорных систем перестают поступать в лобные доли, зато туда начинают поступать сигналы от пищеварительной системы. Получается, чтолобные доли мозга во время сна отказываются отсвоей обычной работы и переключаются на обработку сигналов от внутренних органов. Наш мозг по ночам, оказывается, занимается не внешним миром, а нашим внутренним устройством. Опыты Н. И. Пигарева повторены и на кошках, и на обезьянах американскими и испанскими специалистами и сейчас признаются вполне надежными. Но как происходит переключениес внешнего мира на внутренний — неизвестно;это покажут только будущие опыты.
Фрагмент 5. А парадоксальный сон занимается, вероятнее всего, нашим разумом. Так решили нейрофизиологи, изучавшие память и внимание у добровольцев, лишенных парадоксального сна. Специалистам в многочисленных тестах удалось выяснить, что после сна испытуемый лучше всего повторяет пройденное упражнение, лучше всего настроен воспринимать и обучаться новому.Если же во сне отсутствует РЕМ-фаза, то отсутствует и этот утренний пик внимания и обучаемости.