Молекулы сна и пробуждения

Чтобы глубже разобраться в сне и сновидениях, необходимо, конечно, проникнуть в сам механизм сна. Что происходит в организме, когда мы спим?

Еще не так давно на вопрос, что такое сон, наука отвечала: это отдых нервных клеток коры головного мозга. Говоря точнее, это процесс охранительного торможения, захватывающий клетки - нейроны коры и постепенно распространяющийся на более глубокие участки мозга. При этом нейроны перестают отвечать на приходящие к ним сигналы-раздражения, находятся в состоянии торможения. Таким образом, ответственными за сон (и за сновидения) признавались клетки коры головного мозга. И только. Новые исследования ученых раскрыли более сложную картину.

Около 40 лет назад советский ученый П. К. Анохин высказал мысль: в механизме сна участвуют наряду с клетками коры и подкорковые отделы головного мозга. Исследования показали, что так оно и есть. Раздражая электрическим током - опыты проводились на высших животных - глубинные отделы мозга, экспериментаторы наблюдали, как животное погружалось в сон. Беспробудный сон наступал и тогда, когда ствол мозга (как известно, в головной мозг входят большие полушария, мозжечок и ствол, состоящий из ромбовидного, среднего и межуточного мозга) отделяли от больших полушарий.

Было ясно, что именно тут, в стволе мозга, находится какой-то механизм, организующий сон. Но какой? Ответ был найден, когда стали исследовать работу сетчатого образования ствола - ретикулярную формацию (о ней мы уже говорили выше). Выяснилось, что РФ воспринимает все раздражители, идущие из внешней и внутренней среды, и после переработки посылает их к клеткам коры больших полушарий, подготавливает их к приему информации.

Она же дает энергию нейронам коры головного мозга, что и позволяет организму бодрствовать. Подобно электростанции, РФ обеспечивает энергией "нейронный город" - мозг. А когда ее "рубильник" выключается, город засыпает.

Были найдены и источники питания РФ. Ими оказались органы чувств и некоторые вещества: углекислый газ, гормоны, кровь, лишенная питательных веществ. Нашли ученые и такие вещества, которые подавляют деятельность клеток РФ, а значит, и вызывают сон. Как и можно было ожидать, к ним относятся многие наркотики.

Новые открытия противоречили некоторым фактам, установленным ранее. В частности, в опытах швейцарского ученого Гесса установлено, что "центром сна" является не РФ, а гипоталамус. Нужно было выяснить, кто же прав. Дальнейшие исследования привели ученых к выводу: взаимоотношения клеток коры и клеток РФ более сложны. Подкорка снабжает кору энергией, но это снабжение находится под контролем корковых нейронов. Они сами регулируют, когда и сколько им требуется энергии, решают, должна ли работать РФ в полную силу или ее следует на время выключить.

Воздействуют корковые нейроны и на работу гипоталамуса. Когда человек не спит - это значит, они сдерживают деятельность "центров сна". Но вот клетки коры мозга начинают утомляться, им требуется отдых. Воздействие их на гипоталамус слабеет, и это сразу же используют клетки гипоталамуса - они выключают "рубильник" РФ. Нейронный город погружается в темноту, человек начинает засыпать.

Такова корково-подкорковая теория сна, разработанная П. К. Анохиным. Коротко говоря, сон есть результат двусторонней связи коры и подкоркового аппарата головного мозга.

Подбирая "ключи" к сложному механизму сна, ученые идут и другим путем. Еще в начале нашего века два французских исследователя поставили такой эксперимент: не давали спать подопытным собакам больше недели, затем брали у них из мозга экстракт и вводили другим собакам. Животные, бодрые еще минуту назад, почти на глазах засыпали.

Позднее ученые брали экстракты мозга у животных, находящихся в зимней спячке. Кошки и собаки, получавшие "порцию" такого экстракта, на долгое время впадали в сонное состояние. Предположение о химической природе сна напрашивается само собой. Видимо, все дело в том, что, когда человек (животное) не спит, у него в крови и в мозгу накапливаются какие-то вредные вещества, вызывающие усталость. От них организм и освобождается во время сна.

Очень интересные исследования были проведены в последние годы в Швейцарии, в Базельском институте психологии. М. Монье и его сотрудники задались вопросом: может ли сон передаваться от одного животного к другому. Чтобы найти ответ, они объединили двух кроликов операционным путем как бы в один организм - с общим кровообращением, как у небезызвестных сиамских близнецов. Затем в кору головного мозга каждого кролика были вживлены электроды, соединенные с электроэнцефалографом (прибор для регистрации биоэлектрических потенциалов головного мозга).

Исследователи уже знали, что сон или пробуждение можно вызвать искусственным путем, посылая электрические импульсы в РФ и в другой подкорковый отдел мозга - таламус (бугор). При раздражении его электроэнцефалограф отмечает появление так называемого дельта-ритма. Пока животное не спит, ритмы мозга быстрые, самописец прибора вычерчивает прямую линию с еле заметной тонкой рябью. Но как только таламус получает разряд, возникают волны дельта-ритма медленные, извилистые. Это означает, что животное заснуло.

Все было готово для главного эксперимента: уснет ли второй кролик, в мозг которого не посылался сигнал ко сну, вслед за своим "сиамским близнецом"?

После третьего разряда первый кролик заснул. Прошло немного времени, и ритмы мозга у второго начали, в свою очередь, замедляться, появился дельта-ритм. Сон передался от одного животного к другому!

Далее опыт продолжался, как в фильме, который прокручивается в обратном направлении. На этот раз электрический импульс получила РФ первого кролика; другими словами, была дана команда на пробуждение. Дельта-волны мозга вновь вытянулись в зыбкую прямую линию, характерную для бодрствования. Животное проснулось, и его примеру последовал второй кролик.

Так было получено убедительное доказательство химической природы сна: таламус и ретикулярная формация мозга способны выделять в кровь какие-то химические вещества: одно, вызывающее сон, второе - пробуждающее. Попадая по общему кровотоку в мозг контрольного животного, эти вещества вызывают и у него сон или пробуждение.

Доктор Монье попытался выделить таинственные "молекулы сна и пробуждения". Он брал венозную кровь у подопытных кроликов в тот момент, когда обе мозговые области, получившие разряды, должны были отправить свои химические команды: "засни", "проснись". Кровь пропускалась через искусственную почку-фильтр, после чего были получены "концентраты" сна и пробуждения. Их вводили в кровь других кроликов - спящих и бодрствующих. Результат был поразительный: бодрствующие животные засыпали, спящие - просыпались.

Прошли месяцы и годы, пока Монье удалось наконец выделить в чистом виде "молекулу сна". Это оказалось белковоподобное вещество, состоящее из 9 аминокислот с молекулярным весом 860. Его назвали гипнотоксином.

...Не надо напрягать свое воображение, чтобы представить себе, каким праздником для науки станет тот день, когда эти пока только обнаруженные вещества сна и бодрствования будут получены в лабораториях ученых искусственным путем. Впрочем, не будем спешить. Возможно, что гипнотоксин далеко не единственная причина, вызывающая сон.

Много еще необъясненного в процессах сна и сновидений! Даже такое всем известное и "простое" явление, как зевота. Что ее вызывает? Зачем она нам нужна? Ответа нет. Люди зевают, когда их клонит ко сну, но мы зеваем и от скуки и от волнения. Почему? И еще одна загадка - зевнул рядом человек, и, глядишь, уже зевают другие. Почему?